[发明专利]包含聚烯烃、聚(羟基羧酸)和纳米粘土的树脂组合物

说明书

技术领域

本发明涉及获得含有纳米粘土的聚烯烃组合物。

背景技术

纳米粘土是在对聚烯烃进行增强方面和在提高它们的阻燃性能和阻隔 性能方面具有潜力的一类纳米化合物。由聚烯烃和纳米粘土制成的复合材料 可潜在地呈现出提高的拉伸强度、耐热变形性、和对大气气体的改善的阻隔 性能。此外，已经发现纳米粘土复合材料赋予一定水平的在纯聚合物组分中 不存在的耐UV性。由于这些提高的性能，这样的纳米复合材料尤其可用于 电子仪器、汽车、飞行器、和航空航天工业中。

纳米粘土为包括天然或合成页硅酸盐的层状粘土矿物。具体而言，这些 纳米粘土包括高岭粘土和绿土粘土，所述绿土粘土包括蒙脱土、绿脱石、贝 得石、锂蒙脱石、皂石、锌蒙脱石和蛭石，以及麦羟硅钠石(magadiite)、水 羟硅钠石(kenyaite)、富镁蒙脱石、多水高岭土、铝酸盐氧化物和水滑石。合 成粘土还包括氟锂蒙脱石和氟云母。

这些纳米粘土中的每一种均为通过插入层(通常为水)而保持在一起的层 状硅酸盐。它们具有这样的独特形态：各层(或片层(platelet))特征在于在纳米 范围内为至少一维。这些片层的特征均为大的纵横比(约100～1000的直径/ 厚度)。因此，当使粘土作为单独的片层均匀地分散在整个聚合物基质中时， 由于聚合物和填料之间大表面积的接触，在非常低的填料负载(＜10重量％) 下观察到强度、挠曲模量和杨氏模量、以及热变形温度的显著提高。此外， 由于片层的大表面积使扩散物质在渗入到聚合物材料中时必须沿其而行的 路径的迂回度大大提高，因此阻隔性能大为改善。

根据粘土的精确的化学组成，所述层通常在所述片层的表面和边缘上带 有电荷。该电荷被部分地存在于所述层之间的通道(gallery)空间中的反离子 所平衡。因此，纳米粘土的各叠层(stack)通过静电力紧密地保持在一起。

当将硅酸盐用于纳米复合材料中时，硅酸盐的各片层被分开，优选地分 开至纳米粘土作为“剥离的”柔性的、“二维”片存在的程度。优选地，这 些剥离的单独的层彼此分开并且均匀地分散在聚烯烃基质中。

硅酸盐本质上是亲水的且聚烯烃是疏水的，因此，这两种组分不易互混。 因此，在剥离之前，纳米粘土的表面必须使用有机表面改性剂例如铵或鏻化 合物进行改性。尽管那样，进入到聚烯烃中的剥离过程也是复杂、昂贵且通 常仅部分成功的。甚至最佳方法也未使经改性的纳米粘土充分剥离，而是仅 使最外层和顶层剥离。结果，未剥离的粘土留在聚烯烃纳米复合材料中，从 而在破坏总体潜在性质改善的同时导致整个基质中的不均匀性和薄弱点。由 于所残留的强的静电吸引力，一些层还倾向于在已被剥离之后重新团聚。

通过非化学方法(例如，聚合物-粘土体系的熔融共混或者溶液共混)制造 充分剥离的聚合物-粘土纳米复合材料的尝试尚未成功。尽管聚合物-粘土混 合物的双螺杆挤出已经导致一些相对良好的聚合物-粘土接触，但是其尚未 得到在聚合物中的充分剥离的粘土。其中通过双螺杆挤出机或者配混机或者 强力混合机对混合物或者配混料进行加工的双螺杆挤出或者熔融挤出是本 领域中公知的。

除了熔融挤出之外，如授权给Khait的美国专利No.5814673以及同样授 权给Khait的美国专利No.6180685中所公开的，还已开发了用于制备聚合物 材料的固态剪切粉碎方法，将所述专利的公开内容引入本文作为参考。如 Khait的专利中所公开的，通过如下而实现聚合物材料的化学变化：在足以 使材料在粉碎期间保持固态的冷却的存在下通过固态剪切粉碎来施加机械 能。然而，Khait的专利未公开或者暗示制造包含聚烯烃和良好分散的纳米 粘土的均匀树脂组合物的方法。

因此，本发明的一个目的在于制造高度均匀的纳米粘土-聚(羟基羧酸) 复合材料。

因此，本发明的另一目的在于提高纳米粘土在聚烯烃中的纳米尺度的分 散。

此外，本发明的一个目的在于通过熔融加工而获得均匀的纳米粘土-聚 (羟基羧酸)复合材料。

此外，本发明的一个目的在于将纳米粘土和聚烯烃进行共混，且所述纳 米粘土和聚烯烃均不需要官能化或者改性步骤。

本发明的又一目的在于提供机械性能比聚烯烃好的树脂。

本发明的另一目的在于提供阻燃性能比聚烯烃好的树脂。

本发明的又一目的在于提供与聚烯烃相比时具有改善的阻隔性能的树 脂。

发明内容