[发明专利]用于制备纳米复合材料、微米复合材料和聚合物共混物的增容剂及其获得方法

说明书

发明目的 

本发明包括用于获得称作聚烯烃纳米复合材料、微米复合材料和聚合物共混物的材料的新型增容剂，并且本发明包括获得此类增容剂的方法。那些增容剂由有机化合物衣康酸(ITA)或其衣康酸单十八烷基酯(MODIT)衍生物的单体获得。该增容剂是接枝有这些单体的聚烯烃，其特征在于具有亲水性性质的官能团和疏水性性质的聚合物主链。本发明的增容剂的特征在于具有这些单体的受控接枝度，并且它们可以根据它们的应用最佳地使用。例如，本发明的增容剂允许改性粘土分散在聚烯烃基体中而形成粘土纳米复合材料，以及允许制备促进极性微颗粒分散在聚烯烃中的微米复合材料以及制备聚烯烃和弹性体共混物，从而改进聚烯烃和弹性体之间的相互作用。采用本发明，可以获得纳米复合材料、微米复合材料和聚烯烃共混物，它们的特征在于与使用诸如马来酸酐接枝聚烯烃之类的增容剂的纳米复合材料、微米复合材料和聚烯烃共混物相比具有改进的机械和热性能。由本发明获得的纳米复合材料、微米复合材料和共混物可以用于需要它们的所有领域和应用，例如汽车、电子设备、包装、纺织品和结构领域等。 

技术领域

采用聚烯烃如聚乙烯和聚丙烯，可以制造具有优异化学、物理和机械性能的各种成品模塑或注塑产品、管子、薄膜和纤维。然而，这些聚烯烃具有显著地限制它们的应用的缺点。例如，如果聚烯烃用作结构塑料，则它可能不充分以用于该目的，原因在于其不足够的机械耐性、尺寸稳定性和耐温度变化性。为了增强这些性能，将增强材料如玻璃纤维或无机增强材料结合在聚烯烃中可以改进那些性能。然而， 这种程序不足以提供有效的增强，原因在于增强材料和聚烯烃之间的粘附不强。由此，存在已经执行用于增强聚烯烃的替代程序，例如使用含有极性基团的嵌段共聚物或接枝共聚物作为增容剂，它们应用于改进增强材料与聚烯烃的粘附，从而改进其机械性能。 

由有机和无机化合物，聚合物和纳米级无机增强材料构成的材料是当前正被研究和开发的创新材料。这些材料或复合材料具有双相，其中它们中至少之一以纳米级或微米级状态分散。两个相，例如粘土和聚合物之间的相容性对良好的分散总是必要的。在硅质层状粘土(它们是亲水性的且不与有机化合物混容)的情况下，当将有机化合物如季铵盐作为插层剂导入时，薄片的间距被改变。原则上，插层剂增加薄片的间距，并且该间距需要足够宽以促进聚合物分子的进入而获得插层和/或剥离复合材料。在剥离的情况下，薄片之间的距离消失并且粘土薄片无规分散在聚合物基体中。 

商业插层剂如质子化脂族胺适于近晶型粘土状蒙脱土，它们可以分散在不同聚合物基体中而获得配混纳米材料或纳米复合材料。那些种类的插层剂可以增加粘土的层间距离到大约13-18埃。因此，有可能获得基于聚合物基体和粘土的化合物，它被发现在某种程度上被分散、插层和/或部分或完全地剥离。 

日本专利号8-22946应用第一商业无机/有机-聚合物纳米复合材料。这种复合材料是通过将用氨基-羧酸(H₃N⁺(CH₂)₁₁COO^-)插层的蒙脱土分散在聚(ε-己内酰胺)或尼龙6中制备的。在非极性聚合物如聚乙烯和聚丙烯的情况下，化合物如氨基-羧酸不允许亲水性的粘土分散在这些聚合物中。此外，已经报道了允许增加层间距离的其它粘土用插层剂。然而，这些试剂不足够地改变粘土的极性。主要问题因此将是亲水性粘土和非极性疏水性有机聚合物之间的相容性的损失。 

现有技术

由于高的市场可获得性、宽的性能范围和低的成本，聚丙烯(PP)公认是近年来最广泛使用的热塑性塑料之一。尽管有所有这些优点， 但是PP对某些应用具有一些缺陷，例如其在低温下低的耐冲击性。为了克服这些缺陷，备选方法之一是通过将这种聚合物与微米和/或纳米级增强材料混合来制备复合材料。使用这种备选方法达到良好结果的挑战是指优化增强材料与聚合物基体的粘附，并且这导致分散程度的增加和增强材料尺寸的降低，以及混合物组分间的界面相互作用的增加 

基于颗粒(不管它们是微米或纳米级颗粒)的增强材料的特征在于不同程度的表面和体积之比。当这些颗粒用作聚合物的增强剂时，这种比例的优化是重要的参数。一些实例是对含SiO₂的微米或纳米颗粒的SiO₂/PP体系复合材料的研究，其中在机械性能例如耐冲击和拉伸性以及断x裂伸长率方面达到微小改进。然而，使用马来酸酐基接枝PP作为增容剂允许消除复合材料中的氧化硅附聚物并因此改进其机械性能和颗粒/PP基体界面。