[发明专利]制备增强的聚合物基质复合材料的方法

说明书

本专利申请是美国专利申请序列号11/695,877的部分继续，后者要求美国临时专利申请序列号60/789,300和60/810,394的优先权，所有这些申请都通过参考结合于此。

发明背景

纳米复合材料是包含尺寸为1-100纳米（nm）的颗粒的复合材料。这些材料开始发挥分子的亚微米结构性质。这些颗粒（例如粘土和碳纳米管（CNT））通常具有优异的性质（高纵横比）和使聚合物和颗粒之间结合最大化的层状结构。添加少量的这些添加剂（0.5-5％）可使聚合物材料增加许多的如下性质：较高强度、较大刚性、高的耐热性、较高耐紫外性、较低吸水率、较低透气率、以及其它改良性质（参见T.D.Fornes、D.L.Hunter和D.R.Paul,“由烷基铵改性的粘土得到的尼龙-6纳米复合材料：烷基尾部在剥离上的作用”（Nylon-6nanocomposites from Alkylammonium-modified clay:The role of Alkyl tails on exfoliation），大分子杂志（Macromolecules）37,第1793–1798页(2004年)，该文献通过参考结合于此）。

然而，纳米颗粒的分散对于增强的聚合物基质纳米复合材料非常重要。纳米颗粒在聚合物基质中的这种分散是一个问题。这是为何这些纳米颗粒增强的纳米复合材料未能实现所期望的优异性质的原因（参见Shamal K.Mhetre、Yong K.Kim、Steven B.Warner、Prabir K.Patra、Phaneshwar Katangur和Autumn Dhanote，“含有官能化碳纳米管的纳米复合材料”（Nanocomposites with functionalized carbon nanotubes），Mat.Res.Soc.Symp.Proc.第788卷(2004年)，该文献通过参考结合于此）。研究者声称，纳米复合材料的原位聚合可改善纳米颗粒的分散（参见Werner E.van Zyl、Monserrat Garcia、Bernard A.G.Schrauwen、Bart J.Kooi、Jeff Th.M.De Hosson、Henk Verweij，“混合聚酰胺/二氧化硅纳米复合材料：合成及机械测试”（“Hybrid Polyamide/Silica Nanocomposites:Synthesis and Mechanical Testing”），Macromol.Mater.Eng.287,106-110(2002年)，该文献通过参考结合于此）。以某种方式获得了较好性质的纳米复合材料。然而，已证实对于聚合物生产，原位聚合不是可接受的制造方法。人们还使用了熔融共混法，该方法是制造纳米颗粒增强的聚合物纳米复合材料更普遍并且更可制造的方法（参见Eric Devaux、Serge Bourbigot、Ahmida El Achari，“PA-6粘土纳米复合材料混合物的结晶行为”（“Crystallization behavior of PA-6clay nanocomposite Hybrid”），Journal of Applied Polymer Science,第86卷,2416-2423(2002年)，该文献通过参考结合于此），但该结果仍不令人满意。

附图说明

图1显示了研磨设备的示意图；

图2显示了制造纳米颗粒增强的聚合物纳米复合材料的流程图；

图3显示了(a)净尼龙6粒料、(b)研磨处理后的MWNT(0.4重量％)+尼龙6粒料的混合物（不含湿分（moisture）（例如，水））以及(c)研磨处理后的MWNT(0.4重量％)+尼龙6粒料的混合物（含湿分（例如，水））的数码照片；

图4显示了研磨处理后的MWNT(3.0重量％)+尼龙6粒料的混合物（不含湿分（例如，水））的数码照片；

图5显示了研磨处理后的MWNT(3.0重量％)+尼龙6粒料的混合物（含10毫升溶剂）的数码照片；

图6显示了研磨处理后的MWNT(3.0重量％)+尼龙6粒料的混合物（含45毫升溶剂）的数码照片；

图7显示了图6中图像的放大数码照片；

图8显示了净尼龙6粒料（左边）和涂覆在所述尼龙6粒料的表面上的3.0重量％MWNT（右边）的截面图的数码照片；