[发明专利]包括表面改性纳米粒子的共混聚合物及其制备方法

说明书

发明领域

本发明主要涉及共混聚合物，更具体地，涉及通过使用表面改性的纳米粒子来改变共混聚合物的形态。

发明背景

多相共混聚合物在聚合物工业中具有重要的经济价值。将不同的聚合物掺混起来能够制备具有吸引人的物理性质平衡的新聚合材料。例如，为了提高易碎聚合物如聚苯乙烯的冲击强度，可添加少量橡胶状聚合物如聚丁二烯，以产生比未掺混聚苯乙烯更坚硬和更延展的共混聚合物。

开发有用的共混聚合物是困难的，因为大多数聚合物固有的不混溶性会导致粗糙相分离的聚合物混合物，其中组分之间的界面是组成明显和机械脆弱的。为了克服由本质上不混溶的共混聚合物产生的问题，大多数市售的共混聚合物由两种聚合物组成，同时混合少量的第三种相容性聚合物，如嵌段或接枝共聚物。以聚苯乙烯/聚丁二烯为例，可使用具有聚苯乙烯单体和聚丁二烯单体的嵌段或接枝共聚物。

尽管使用相容性聚合物可有效地产生更稳定的共混聚合物，否则它们将是不混溶的，但对于用于特定共混物的具体聚合物，必须定制(tailor)相容性聚合物。

发明概述

本发明涉及使用表面改性的纳米粒子来改变共混聚合物的形态和微结构。将表面改性的纳米粒子添加到由不混溶聚合物组成的共混聚合物中，可促进共混聚合物分散相的均匀分布。

在一个实施方案中，本发明涉及共混聚合物，其包括：(1)连续相，包括至少一种聚合物、单体或低聚物、和许多粒径小于约100纳米的表面改性的纳米粒子，这些粒子分散在连续聚合物相中，和(2)分散相，包括至少一种聚合物、单体或低聚物，其中连续聚合物相和分散聚合物相是不混溶的。

下面进一步描述了本发明的其它实施方案变种。

附图简述

图1是不包含表面处理粒子的挤压共混聚合物的SEM。

图2是包含1wt％表面处理粒子的挤压共混聚合物的SEM。

发明详述

在一个实施方案中，本发明涉及使用表面改性的纳米粒子来改变共混聚合物的形态和微结构。将表面改性的纳米粒子添加到由不混溶聚合物组成的共混聚合物中，可促进共混聚合物分散相的均匀分布。在一个实施方案中，本发明所用的表面改性纳米粒子是经表面处理的个体无机粒子，其粒径小于约100纳米。

无机粒子如粒度大于100nm的热解法二氧化硅通常被包括在许多共混聚合物中，主要作为填充剂或用于改变共混聚合物的整体物理性质。可出于许多其它原因将填充剂用于聚合物中，例如减少成本、改进加工、控制密度、视觉效果、导热性能、控制热膨胀、和提高机械性能如硬度和抗撕裂性。典型地，用作填充剂的这些无机粒子是未经表面处理的，所用的水平是非常高的。

用于本文时，术语“纳米粒子”是指直径小于约100纳米(nm)的粒子。在一些实施方案中，纳米粒子是指直径小于约50nm的粒子。在另外的实施方案中，纳米粒子是指直径小于约20nm的粒子，在其它实施方案中，纳米粒子是指直径小于约10nm的粒子。本发明的表面改性纳米粒子优选为个体粒子，它们是未缔合、未聚集或未附聚的。如果纳米粒子是聚集的，则聚集粒子的最大截面尺寸处于任何所述范围内。

用于本文时，“共混聚合物”是指两种或多种聚合物、低聚物或单体的混合物。

用于本文时，术语“连续相”是指共混聚合物的主要重量组分。共混聚合物的连续相典型地不存在于离散、分离的区域中。

在用于本文时，术语“分散相”是指共混聚合物的次要重量组分。共混聚合物可具有多于一个的分散相，其中每个分散相的重量含量均低于连续相的重量含量。共混聚合物的分散相典型地存在于离散、分离的区域中。

在用于本文时，“共连续相”是指包含大致相等重量水平的两种组分的共混聚合物。

“相翻转”(phase flipping)是指如下现象，其中分散相和连续相翻转，从而连续相变成分散相，而分散相变成连续相。

用于本文时，术语“增容剂”或“相容性试剂”是指如下组分，其可降低共混聚合物中两种或多种组分之间的相界能量。按照本文的定义，增容剂包括但不限于嵌段和接枝共聚物、和表面活性剂。

用于本文时，“不混溶的聚合物”是指如下聚合物，其形成的共混聚合物具有有限的溶解度和非零界面张力，即共混物的混合自由能(ΔG_m)大于零：

ΔG_m≌ΔH_m＞0