[发明专利]高镁表面浓度的纳米方解石复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及如下组合物，所述组合物包含分散在可固化树脂中的具有高镁表面浓度的表面改性的纳米方解石粒子。另外还描述了掺入这种组合物的涂料和纤维复合材料，以及使用这种组合物制备纳米方解石复合材料的方法。

背景技术

含有纳米粒子的树脂已被用作涂料和纤维复合材料的浸渍树脂。一般来讲，相比于纯树脂，加入纳米粒子提供改善的强度重量比。这些材料已用于多种用途中，包括运载工具（如，船舶凝胶涂层）和风力涡轮机叶片的涂层、以及（如）体育用品、风力涡轮机、和运载工具制造中的复合结构。

发明内容

简而言之，在一个方面，本发明提供如下组合物，所述组合物包含分散在可固化树脂中的表面改性的纳米粒子。表面改性的纳米粒子包含方解石芯和第一表面改性剂，所述方解石芯具有根据TOF-SIMS测试程序测定的大于1的镁24同位素相对钙44同位素表面浓度比，所述第一表面改性剂包含离子键合至纳米粒子的结合基团和与可固化树脂相容的增容链段。在一些实施例中，根据TOF-SIMS测试程序测定，镁24同位素相对钙44同位素的表面浓度比大于4、或甚至大于10。

在一些实施例中，根据溶解度参数程序测定，可固化树脂的溶解度参数与增容基团的溶解度参数之间的差值不大于4J1/2cm-3/2。在一些实施例中，在假设为化学计量表面的条件下使用结合能计算程序计算，结合基团对方解石具有至少1.0电子伏的结合能。在一些实施例中，如通过方解石粒度程序所测定，至少90%的方解石芯具有小于400nm的平均粒度。在一些实施例中，至少70%的方解石芯具有大于1.5的纵横比。

在一些实施例中，表面改性的纳米粒子还包括围绕方解石芯的富配体外壳。在一些实施例中，第一表面改性剂还包含能够与可固化树脂反应的反应性基团。在一些实施例中，所述组合物还包含键合至方解石的第二表面改性剂，其中第二表面改性剂包含结合基团和能够与可固化树脂反应的反应性基团。

在一些实施例中，所述组合物包含基于纳米粒子和可固化树脂的总重量计，为至少10%重量的纳米粒子。在一些实施例中，所述组合物包含不超过2重量%的溶剂。

在另一方面，本发明提供了固化组合物，所述固化组合物包含根据前述任一项权利要求所述的组合物，其中可固化树脂被固化。在一些实施例中，第一表面改性剂与可固化树脂反应。在一些实施例中，将固化组合物结合至基底的至少一部分上。

在另一方面，本发明提供了纤维复合材料，所述纤维复合材料包括利用本发明的组合物浸渍的增强纤维。在一些实施例中，所述组合物的可固化树脂被固化。在一些实施例中，第一表面改性剂与可固化树脂反应。

在另一方面，本发明提供了制备组合物的方法。在一些实施例中，所述方法包括：(i)选择方解石，所述方解石具有如根据TOF-SIMS测试程序测定的大于4的镁24同位素相对钙44同位素的表面浓度比；(ii)研磨方解石，直至超过90%的方解石具有通过方解石粒度程序测定的小于400nm的平均粒度；(ii)使第一表面改性剂的结合基团离子键合至方解石，其中在假设为化学计量表面的条件下使用结合能计算程序计算，结合基团对方解石具有至少1.0电子伏的结合能；以及(iv)将表面改性的方解石分散到可固化树脂中以形成分散体，其中根据溶解度参数程序测定，可固化树脂的溶解度参数与第一表面改性剂的增容基团的溶解度参数之间的差值不大于4J1/2cm-3/2。在一些实施例中，步骤(i)、(ii)、和(iii)同时进行。在一些实施例中，所述方法还包括利用分散体浸渍纤维。在一些实施例中，所述方法还包括将分散体施加至基底。在一些实施例中，所述方法还包括固化可固化树脂。

本发明的上述发明内容并不旨在描述本发明的每一个实施例。本发明的一个和多个实施例的细节还在下文的具体实施方式中予以描述。本发明的其它特征、目标和优点从具体实施方式和权利要求书中将显而易见。

附图说明

图1为NanoCa-1纳米方解石材料的5000X TEM图像。

图2为NanoCa-2纳米方解石材料的5000X TEM图像。

图3为NanoCa-3纳米方解石材料的5000X TEM图像。

图4为NanoCa-4纳米方解石材料的5000X TEM图像。

图5为NanoCa-5纳米方解石材料的5000X TEM图像。

图6为示出各种纳米方解石的红外光谱数据的曲线图，其中突出非对称碳酸盐C-O峰。

图7为在树脂中含有5%配体的NanoCa-1纳米方解石的20,000X TEM图像。