制备聚合物纳米复合材料的方法技术

本发明专利技术总体上提供一种通过使有机粘土和聚合物的熔体在水的存在下复合来制备聚合物纳米复合材料的方法。本发明专利技术还提供一种通过所述方法制备的聚合物纳米复合材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对相关申请的交叉引用本申请要求于2008年7月18日提交的美国临时专利申请61/081，909的优先权 的权益，所述临时申请通过全文引用结合在本文中。本专利技术属于聚合物纳米复合材料的领域，更具体地，涉及从有机粘土或有机盐与 聚合物，以及通过所述方法制备的聚合物纳米复合材料。
技术介绍
传统填充聚合物复合材料是用无机填料(例如，滑石和碳酸钙)填充聚合物，所述 无机填料主要起经济填料的作用而通常不改善聚合物的物理或机械性质。已经研究了由聚 合物和粘土(例如，天然粘土或合成有机粘土)组成的纳米复合材料，但是这些传统粘土纳 米复合材料典型地是通过使聚合物和干燥的粘土粉末或有机溶剂润湿的粘土一起接触而 制备的。其中聚合物疏水的传统粘土纳米复合材料通常含有剥离不足(即，缺乏小于100 纳米尺寸的粘土)并且经常聚集的粘土。这样的复合材料的机械性质典型地不对传统填充 聚合物的机械性质提供改善或仅提供微小的改善。此外，由于与有机溶剂有关的可燃性、爆 炸性、毒性和废物处理问题，使用采用有机溶剂润湿的粘土的方法制备这样的纳米复合材 料缺乏足够的安全性和环境益处。Hasegawa N.等提及通过使钠蒙脱石(NaMMT)的水浆液与尼龙_6的熔体在挤出 机中复合而由无机粘土、钠蒙脱石(NaMMT)、和聚合物尼龙-6来制备聚合物纳米复合材料 (Hasegawa N.等，聚合物(Polymer)，2003 ;44 (10) J933-2937)。利用不同的方法，aiong-aien Y.等提及通过使NaMMT的粉末与尼龙_6的熔体 在接收下游注入水的挤出机中复合而从NaMMT和尼龙-6制备其它聚合物纳米复合材料 (Zhong-Zhen Y..等，聚合物科学杂志部分B 聚合物物理(Journal of Polymer Sc i. Part B =Polymer Physics)，2005 ；43 (9) :1100-1112)。Zhong-Zhen Y.等还提及在接收下游注入 水的挤出机中，从尼龙-6的熔体和有机粘土 OMMT (通过NaMMT与双十八烷基二甲基铵阳离 子离子交换获得)的粉末制备复合材料，但是^iong-Sien Y.等还提及了这样的制备不利 于有机粘土的剥离和分散。aiong-aien Y.等还提及了与通过缺乏注入水的类似方法制备 的尼龙-6/0MMT聚合物纳米复合材料的机械性质相比，在熔体复合的过程中添加水对所得 尼龙-6/0MMT聚合物纳米复合材料的机械性质几乎没有影响。欧洲专利EP 0 398 551B1提及了在挤出机中捏合具有分散介质的尼龙_6和水润 湿的有机粘土 12MMT。12MMT是通过用过量的水性十二酸-12-铵(12-ammoniumdodecanoic acid)阳离子将多于100%的NaMMT离子交换容量离子交换而获得的。在EP 0 398 551B1 的方法中，需要分散介质。例如，实施例5提及了使用1 9的12MMT 水混合物。此外EP0398 551B1教导最少量的分散介质是必要的。例如，实施例1提及成功地使用了 1 :9:9 的12MMT 水ε-己内酰胺混合物。比较例5提及了使用更少的分散介质，特别是使用1 0. 25 0. 25的12ΜΜΤ 水ε -己内酰胺混合物(即，分散介质包含0. 5份1 1 水ε -己内酰胺分散介质)没有得到产物。Sun L.等的含有高长宽比纳米小板的剥离型环氧化物/ α -磷酸锆纳米复合材料白勺备(Preparation of Exfoliated Epoxy/ α -Zirconium Phosphate Nanocomposites Containing High Aspect Ratio Nanoplatelets),化学材料(Chem. Mater. ), 2007 ； 19 1749-17 提及了一种环氧聚合物纳米复合材料，其包含用4，4' - 二氨基二苯基砜固化 的D. E. R. 332环氧树脂(陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))和含α -磷酸锆 的有机盐。所述环氧聚合物纳米复合材料通过下列方法制备将有机盐和丙酮的混合物与 D. Ε. R. 332环氧单体合并，超声，去除丙酮以得到有机盐在单体中的分散体，添加4，4‘ -二 氨基二苯基砜，并且固化所得混合物。需要包含高度剥离的有机粘土或有机盐(即，部分或完全分层而使其至少50%的 粒子具有小于100纳米的至少一种尺寸的有机粘土或有机盐)的聚合物纳米复合材料，以 及制备这样的聚合物纳米复合材料的方法。与传统填充聚合物复合材料和传统有机粘土或 有机盐纳米复合材料相比，这样的聚合物纳米复合材料可以提供一种或多种改善的机械性 质如，例如，增加的模量(例如，挠曲模量)、降低的密度、改善的光学透明度、降低的热膨胀 系数、在一些情况下提高的冲击韧性，或它们的组合。专利技术概述本专利技术总体上提供了一种聚合物纳米复合材料和制备所述聚合物纳米复合材料 的方法(本专利技术方法)。优选地，本专利技术的聚合物纳米复合材料与使用有机溶剂润湿的有机 粘土制备的可比较的聚合物纳米复合材料相比具有相同或更好的机械性质，或者与通过采 用分散介质或干燥的有机粘土制备的可比较的聚合物纳米复合材料相比具有至少一种改 善的机械性质。在第一实施方案中，本专利技术是一种，所述方 法包括以下步骤使包含聚合物的熔体与包含有机粘土或有机盐和溶胀液(swelling liquid)的混合物可剥离地接触，以提供所述有机粘土或有机盐在所述熔体中的分配物 (distribution)，其中所述溶胀液占所述混合物的25重量％至95重量％，并且所述溶胀液 包含大于90重量百分数(重量％ )的水和O重量％至小于10重量％的水混溶性有机溶 剂；和冷却所述分配物以提供包含所述有机粘土或有机盐和所述聚合物的聚合物纳米复合 材料，所述有机粘土或有机盐包含阳离子交换层状材料、有机阳离子和无机阳离子，所述阳 离子交换层状材料具有40百分数(％ )至99%被所述有机阳离子交换了的阳离子交换容 量，并且所述有机粘土或有机盐当被分散在所述聚合物中时是剥离的并且具有小于100纳 米(nm)的至少一种尺寸。优选地，所述溶胀液包含多于99重量％的水，更优选多于99重 量％的净化水，并且还更优选不含水混溶性有机溶剂(不计入可能从用于本专利技术中的聚合 物或有机粘土或有机盐的制备带来的残留有机溶剂)。还优选地，所述有机粘土为脱盐有机 粘土(如下所述)，占所述聚合物纳米复合材料的0. 05重量％至25重量％，或所述两者。还 优选地，本专利技术方法还包括从所述聚合物纳米复合材料中去除至少90%以上、更优选95% 以上、还更优选98%以上、更加优选99%以上的溶胀液的步骤。在第二实施方案中，本专利技术是一种通过第一实施方案的专利技术方法制备的聚合物纳 米复合材料。本专利技术纳米复合材料可用作例如隔离膜和泡沫体、模塑制品(molded article)和 挤出制品，其全部都是通过传统制备方法制备的。所述隔离膜和泡沫体以及制品可以用于 例如生产建筑材料、包装材料、汽车部件、电子器件和电脑机箱(computer housing)。在以下详细的说明和权利要求中对本专利技术的其它实施方案进行描述。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备聚合物纳米复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：使包含聚合物的熔体与包含有机粘土或有机盐和溶胀液的混合物可剥离地接触，以提供所述有机粘土或有机盐在所述熔体中的分配物，其中所述溶胀液占所述混合物的２５重量％至小于９５重量％，并且所述溶胀液包含大于９０重量百分数（重量％）的水和０重量％至小于１０重量％的水混溶性有机溶剂；和冷却所述分配物以提供包含所述有机粘土或有机盐和所述聚合物的聚合物纳米复合材料，所述有机粘土或有机盐包含阳离子交换层状材料、有机阳离子和无机阳离子，所述阳离子交换层状材料具有４０％至９９％被所述有机阳离子交换了的阳离子交换容量，并且所述有机粘土或有机盐当被分配在所述聚合物中时是剥离的并且具有小于１００纳米（ｎｍ）的至少一种尺寸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：德米特里·P·迪内加，
申请(专利权)人：陶氏环球技术公司，
类型：发明
国别省市：US