[发明专利]改善纳米纤维素在弹性体中的分散性的方法及纳米纤维素分散体组合物

说明书

公开了含有分隔剂和纳米纤维素的纳米纤维素分散体组合物，以及制备该纳米纤维素分散体组合物的方法。这些组合物可以促进纳米纤维素原纤和纳米纤维素晶体在聚合物基质中的分散性的改善，如在用于轮胎生产的弹性体制剂中的分散性的改善。

相关申请的引用

本申请于2019年10月21日作为PCT国际申请递交，并且要求均于 2018年10月22日递交的美国临时申请号62/748,564和62/748,574的优先权权益，将这两个美国临时申请的公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开内容涉及用于改善纳米纤维素的分散作用的方法以及所得的纳米纤维素分散体组合物，所述纳米纤维素分散体组合物在聚合物制剂中使用，并且更特别地，在意图用于轮胎和其他最终用途应用的弹性体制剂中使用。

背景

近来，作为具有许多不同的潜在用途(如在塑料和弹性体中)的纳米材料，纳米纤维素受到了广泛的关注。纳米纤维素在这些应用中的使用意图改善所得复合材料的性能以及材料在未来的可持续性，因为纳米纤维素源自生物质而非烃类材料。然而，纳米纤维素的一个问题是其在疏水性、非极性溶剂和基质(包括塑料和弹性体)中的分散性，无论纳米纤维素为结晶形式还是原纤形式，通常在干燥过程中纳米纤维素自身结合，从而在聚合物复合结构中产生大的纳米纤维素聚集体。

例如，当将纳米纤维素混合在弹性体化合物中时，纳米纤维素的良好分散是期望，使得消除大的聚集体，并且实现将纳米纤维素掺入到弹性体基质中的全部益处。任何聚合物添加剂的大聚集体都可能导致应力集中器，其可能导致聚合物复合材料的过早失效。

因此，已变得很重要的是设计出极大地改善纳米纤维素在聚合物制剂中的分散性的方法，这仍然是在许多最终用途应用中纳米纤维素的开发、成长和商业化所面临的关键问题。因此，本发明总体上正是涉及这些目的。

概述

提供此概述，用于采用简化形式介绍构思的选择，这些构思在下面的详述中进一步描述。此概述不意图标识所要求保护主题的必需或必要特征。此概述也不意图用于限制所要求保护主题的范围。

根据本发明的目的，如本文中具体展现和宽泛描述的，在一个方面，此公开内容涉及一种在纳米纤维素干燥过程中或之前添加分隔剂的方法，以使得分隔剂保持完整并且阻止纳米纤维素晶体和纳米纤维素原纤彼此结合。结果是得到了这样的纳米纤维素分散体组合物，其可以容易地分散在聚合物制剂中，如分散在弹性体和塑料中。

因此，在本发明的一个方面，公开了一种用于将水性体系中的纳米纤维素分隔以改善在聚合物中的分散性的方法，并且在此方面，所述方法可以包括(a)将所述纳米纤维素的水性分散体与分隔剂合并而形成混合物，和(b)干燥所述混合物以形成纳米纤维素分散体组合物(NDC)。分隔剂可以包括炭黑填料、弹性体胶乳、蜡或其任意组合。

在另一个方面，公开了一种通过分隔剂分隔在水性体系中的纳米纤维素的方法，并且在此方面，所述方法可以包括(A)将所述纳米纤维素的水性分散体与所述分隔剂合并以形成混合物，和(B)干燥所述混合物以形成纳米纤维素分散体组合物(NDC)。分隔剂在NDC中可以是稳定的，并且可以间隔在纳米纤维素粒子之间以减少或防止纳米纤维素粒子在NDC中的聚集。分隔剂可以包括炭黑填料、弹性体胶乳、蜡或其任意组合。

还提供了一种纳米纤维素分散体组合物，如可以通过本文所公开的方法中的任一种生产。纳米纤维素分散体组合物(NDC)可以包含(i)分隔剂，所述分隔剂包括炭黑填料、弹性体胶乳、蜡或其任意组合，和(ii)纳米纤维素。本发明的这些方面还涉及聚合物组合物，并且这样的组合物可以包含(I)聚合物和(II)本文所公开的纳米纤维素分散体组合物中的任一种。