[發(fā)明專利]高韌性納米復合材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610137557.5
• 申請日: 2006-10-25
• 公開（公告）號: CN101168626A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發(fā)明（設計）人: 郭文法;蔡世榮;張國揚
• 申請（專利權(quán)）人: 財團法人工業(yè)技術研究院
• 主分類號: C09C3/12
• 分類號: C09C3/12;C09C1/28;C08L23/00;C08L77/00;C08L67/00;C08K9/06
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 黃健

技術領域

本發(fā)明提供一種有機改質(zhì)層狀粘土及其制備方法，更特別地，本發(fā)明是關于利用有機改質(zhì)層狀粘土制備的納米復合材料。

背景技術

納米復合材料是一種具有無機組成成分的分散相、其粒徑大小介于1～100納米(10^-9米)并可發(fā)揮納米效應的復合材料。根據(jù)目前技術顯示，納米復合材料可以提供比傳統(tǒng)復合材料更好的機械強度、剛性、耐熱性，并降低吸水性、可燃性與氣體穿透性。在商業(yè)上已經(jīng)批量生產(chǎn)的納米復合材料，例如尼龍6粘土納米材料中顯示出層狀粘土分散在高分子基材后，能大幅提升其機械強度、熱變形溫度和抗吸水性/透氣性。

目前納米復合材料的工藝，是將高分子基材、兼容劑和有機粘土利用雙螺桿擠出機的融熔混摻，使有機粘土被兼容劑和高分子基材插層分散開來。此類層狀粘土復合材料可充分發(fā)揮分子層級的結(jié)構(gòu)特性，包括高強度、高剛性、高耐熱性、低吸水率、低透氣率、可多次回收等高功能性質(zhì)，然而雖然在抗拉強度、抗折強度和抗折彈性系數(shù)方面皆可改善，但耐沖擊性卻未見提升，因此，如果能在不降低剛性的條件下開發(fā)出具有高韌性的納米復合粘土材料，將極具應用價值。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術的缺失，本發(fā)明的目的在于制備出具有高韌性與高剛性的高分子/粘土納米復合材料，其除了必須具有目前此類材料的高剛性外，更需要進一步提高其韌性，使材料得以耐沖擊。

更進一步地，本發(fā)明希望通過粘土改質(zhì)的方式，提高高分子與粘土的界面兼容性，使高分子在插層于粘土時能更均勻，能有效提升制得的納米復合材料的性質(zhì)。

為達上述目的，本發(fā)明提供了一種有機改質(zhì)層狀粘土，其包含：層狀粘土，長碳鏈烷基銨鹽化合物和含官能基的硅化合物，該含官能基的硅化合物位于層狀粘土各層間。

本發(fā)明的有機改質(zhì)層狀粘土利用硅化合物的韌化，借助該性能在其應用于納米復合材料時提升該復合材料的韌性。

本發(fā)明的有機改質(zhì)層狀粘土優(yōu)選包含10wt％～80wt％的層狀粘土、10wt％～80wt％的含長碳鏈烷基銨鹽化合物和10wt％～80wt％的含官能基的硅化合物；其中所述的層狀粘土的離子交換當量(離子交換量)范圍為50～200meg/100g，其材料優(yōu)選包含蒙脫土、云母、滑石粉或其混合物；其中所述的長碳鏈烷基銨鹽化合物具有8～20個碳，其優(yōu)選包括十八烷基胺(Octadecylamine)或苯基烷基銨鹽(alkylbenzyl?ammonium?salt)；其中含官能基的硅化合物為硅氧烷化合物，其優(yōu)選為具有胺基(amine?group)的硅酮化合物(silicone?oil)。

上述有機改質(zhì)層狀粘土可進一步包含偶合劑，該偶合劑為具有官能基的硅烷化合物，其添加量優(yōu)選為層狀粘土總重量的0.1wt％～20wt％，目的是利用偶合劑的官能基促進有機改質(zhì)層狀粘土應用于納米復合材料時與高分子基材間的兼容性；所述的硅烷化合物的官能基包含胺基、縮水甘油醚基、丙烯酸基或甲基丙烯酸基，優(yōu)選包含γ-胺基丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷和/或γ-甲基丙烯酸基丙基三甲氧基硅烷。在該有機改質(zhì)層狀粘土中各組成成分之和為100％。

為制得上述有機改質(zhì)層狀粘土，本發(fā)明提供了一種制備有機改質(zhì)層狀粘土的方法，其步驟包含：(a)提供一層狀粘土；(b)將層狀粘土分散于一溶液中；(c)將含長碳鏈烷基銨鹽化合物摻入步驟(b)的溶液中反應；(d)將含官能基的硅化合物摻入步驟(c)的溶液中反應；以及(e)取出反應得到的沉淀物并干燥，即可得到有機改質(zhì)層狀粘土。

本發(fā)明利用離子交換反應，使長碳鏈烷基銨鹽化合物插層于粘土各層間，進而利用長碳鏈的立體效應使各層粘土的層間距加大，硅化合物則填隙于粘土層間，藉以改善提升粘土應用于納米復合材料時的韌性。

在一些實施方式中，本發(fā)明的有機改質(zhì)層狀粘土的制作方法的步驟(d)除了添加含官能基的硅化合物外，可進一步包含添加一偶合劑，該偶合劑為具有官能基的硅烷化合物，使所制得的有機改質(zhì)層狀粘土的表面具有官能基，有助于粘土與高分子基材的界面兼容性。

本發(fā)明的有機改質(zhì)層狀粘土，其為可與高分子基材融熔摻混形成納米層級的納米復合材料。

因此，本發(fā)明進一步提供一種納米復合材料，包含：層狀粘土，含長碳鏈烷基銨鹽化合物，含官能基的硅化合物和至少一高分子基材，該含官能基的硅化合物位于所述的層狀粘土各層間，該高分子基材摻混于所述層狀粘土的層間。