[發(fā)明專利]用多面體低聚倍半硅氧烷硅烷醇表面改性

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680006534.9
• 申請日: 2006-01-27
• 公開（公告）號: CN101203378A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·D·利希特漢;J·J·施瓦博;安以中;W·雷納斯
• 申請（專利權(quán)）人: 雜混復(fù)合塑料公司
• 主分類號: B32B9/04
• 分類號: B32B9/04;B05D3/02
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 陳季壯

本申請要求2005年1月27日提交的美國臨時申請序列號60/648327的權(quán)益。

發(fā)明背景

本發(fā)明一般地涉及具有改進(jìn)的疏水性、熱穩(wěn)定性、硬度和耐久性的納米增強(qiáng)的涂層。

增容不同材料之間界面的技術(shù)存在重要的機(jī)遇。聚合物尤其利用寬泛的各種無機(jī)材料作為填料賦予最終組合物所需的電、熱、機(jī)械和其它物理性能。聚合物的烴組合物常常使得它們與大多數(shù)填料體系的無機(jī)組合物不相容。(聚合物包括脂族、烯屬、芳族和雜官能團(tuán)體系(代表性實例包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚醚、聚酰亞胺、環(huán)氧化物、丙烯酸類樹脂、苯乙烯類樹脂、聚硫醚、聚砜、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺))。還包括所有組的聚合物，例如玻璃、半晶、晶體和彈性體。(代表性填料包括諸如層狀硅酸鹽、粘土、碳酸鈣、滑石、硅灰石、硅藻土、高嶺土、ATH(三水合氧化鋁)、蛭石、重晶石、玻璃、金屬、金屬氧化物和木材)。常見的實踐是用表面活性劑和硅烷偶聯(lián)劑處理粒狀填料的表面，以促進(jìn)這些不同的材料類型之間的表面相容性。這一實踐的延伸是在礦物和合成硅酸鹽的坑道(gallery)層中已經(jīng)利用硅烷和表面活性劑作為分層劑。(礦物和合成硅酸鹽包括膨潤土、鋰蒙脫石、蒙脫石)。這種表面內(nèi)部和外部的表面改性的目標(biāo)是，膨脹在相鄰的硅酸鹽片之間的間距，并增容其內(nèi)部表面與聚合物，從而既改進(jìn)其分散，又改進(jìn)增強(qiáng)特征。

現(xiàn)有技術(shù)的說明

盡管現(xiàn)有技術(shù)證明對于許多工業(yè)應(yīng)用來說是滿意的，但現(xiàn)有技術(shù)局限于其增容表面與離散和界限分明(well-defined)的微觀結(jié)構(gòu)形貌的能力。這種控制是理想的，因為它將提供表面設(shè)計和功能的合理控制。此外，它將提高表面對改進(jìn)的粘結(jié)、可靠度和耐染色劑進(jìn)攻和因存在界限分明的納米形貌破壞的適應(yīng)力。在納米級水平(十億分之一米的特征)下增容宏觀表面(百萬分之一米的特征)是理想的，這是因為它提供增加的特征細(xì)節(jié)、耐久性和在多種長度規(guī)模下增強(qiáng)聚合物鏈。現(xiàn)有技術(shù)提供這種優(yōu)點的局限直接來自于一旦將表面改性劑置于填料或表面上，則無法控制表面改性劑的表面組裝和結(jié)構(gòu)。此外，常規(guī)的表面活性劑處理劑有限的熱穩(wěn)定性是降低粘土基納米復(fù)合材料的熱與機(jī)械性能的關(guān)鍵因素。

本發(fā)明公開了納米結(jié)構(gòu)的混雜的“有機(jī)-無機(jī)”化學(xué)品作為內(nèi)部和外部的表面處理劑和宏觀填料的分層劑的用途。采用納米結(jié)構(gòu)的多面體低聚倍半硅氧烷(POSS和球狀硅氧烷)的現(xiàn)有技術(shù)報道了它們作為防腐蝕材料的用途，但沒有提及它們在復(fù)合材料、納米復(fù)合材料或填料技術(shù)內(nèi)的應(yīng)用和功效，在所述技術(shù)中將利用它們的納米級尺寸、混雜組成和界面增容性能來改進(jìn)物理性能。參見，美國專利No.5888544。

發(fā)明概述

由多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)試劑和樹脂開發(fā)了具有改進(jìn)的疏水性、熱穩(wěn)定性、硬度和耐久性的納米增強(qiáng)的涂層。帶有硅烷醇的POSS試劑尤其可用于涂布由礦物、金屬、玻璃和聚合物材料衍生的填料。POSS試劑的納米級尺寸和混雜(有機(jī)/無機(jī))組成在改進(jìn)宏觀和納米級粒狀填料與寬泛范圍的不同材料，其中包括聚合物、生物、烴和含水體系的相容性方面高度有效。

優(yōu)選的涂布劑利用POSS-硅烷醇、POSS-烷氧化物、POSS-氯化物和POSS-鹽。最理想的是，含官能化雜片段組成的POSS納米結(jié)構(gòu)，滿足化學(xué)式[(RSiO_1.5)_n(RXSiO_1.0)_m]_∑#(m、n、#＝偶數(shù)和奇數(shù)整數(shù)1-1000；R＝烴，硅烷或甲硅烷氧基；X＝OH、Cl、OR)。最優(yōu)選的涂布方法包括無溶劑的噴涂、火焰涂噴、熔體流動和汽相淀積。這些方法是有利的，因為它們沒有產(chǎn)生、沒有利用揮發(fā)性有機(jī)化學(xué)品，因此沒有排放物。或者，可利用常規(guī)的溶劑基施涂方法且包括旋涂、浸涂、上漆和噴涂。

POSS試劑和樹脂體系也理想地用于層狀硅酸鹽的分層和用于填料(其中包括粘土、碳酸鈣、滑石、硅灰石、硅藻土、高嶺土、ATH(三水合氧化鋁)、蛭石、重晶石、玻璃、金屬、金屬氧化物和木材)的增容。所得POSS改性的填料顯示出改進(jìn)的疏水性、改進(jìn)的分散性和流變學(xué)性、阻燃性和折射指數(shù)。這種微觀和納米級填料的POSS改性提供具有多等級增強(qiáng)(宏觀到納米級)能力的這種填料，并進(jìn)而能改進(jìn)熱塑性或熱固性樹脂體系的熱、機(jī)械、透氣性和其它物理性能，所述體系在電子、醫(yī)療器件、運(yùn)動物品和航空中作為涂層和結(jié)構(gòu)組件具有重要的功效。