[發明專利]由含納米級無機粒子的熱塑性塑料構成的模塑材料和模制品、所述模塑材料和模制品的制備方法及其用途

有效

• 申請號: 200680007958.7
• 申請日: 2006-04-11
• 公開（公告）號: CN101137701A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: W·霍斯;K·奧爾布里切特;K·薩多;H·黑格
• 申請（專利權）人: 羅姆有限公司
• 主分類號: C08J3/00
• 分類號: C08J3/00;C08K9/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 劉明海

背景技術

EP1357151A1描述了聚合物的雙峰混合物，所述聚合物迄今僅可以不充分的程度彼此混溶或，如果確實充分的話，則僅在高度復雜的條件下可達到并且具有與此相關的缺點，例如不同分子量的聚乙烯。不同聚合物級分的充分混合特別是如下獲得：讓該混合物與處于超臨界狀態的流體，例如CO₂，在高的壓力和溫度下接觸，然后將該混合物卸壓(ent?spannt)。據說該方法還適合于將添加劑或填料，例如炭黑引入聚合物中。

US6,753,360B2描述了具有改進的機械性能的制備增強聚合物的方法。其中將層狀硅酸鹽與聚合物，例如聚丙烯混合，并在高的壓力和溫度下與處于超臨界狀態的流體例如CO₂接觸。在此發生層狀硅酸鹽的層分離以在該混合物中產生薄片狀硅酸鹽粒子。接著，在急劇壓力降的條件下將混合物迅速卸壓，由此實現了分離的硅酸鹽粒子在聚合物中的非常均勻的分散，從而獲得相應增強的聚合物。

除了最小儀器，“微型實驗室”和開關電路或發動機的開發以外，特別是納米化學也以其成果受到關注。可以想到防污和防水涂料、耐刮擦漆、用于汽車輪胎的新型填料或防止噴灑侵蝕的油漆涂層。

發明內容

目的和解決方案

將納米級無機粒子引入聚合物塑料的過程預期產生一系列優點，它們可以在此以詞目形式提及。

●表面硬度和耐刮擦或耐磨性的提高

●剛性的提高結合有高的韌性

●折光指數的提高

●折光指數的溫度無關性

●(熱)膨脹的降低

●阻隔性能的產生

●表面的抗反射作用

●燃燒行為的改進

特別預期將獲得新型或改進的性能，同時保持塑料的已知的良好性能，例如透光性、玻璃透明性、無色性和流變性能和機械性能。

當利用本領域技術人員已知的方法，如在單螺桿或雙螺桿擠出機和熔體捏和機上進行配混，引入納米級無機粒子時，原則上存在的問題是，所述初級粒子在與高粘度熔體混合的過程中可能結合形成聚集體，結果是表面能的減少。這些聚集體經常幾乎不再具有希望所述初級粒子具有的積極性能，或根本不再具有所述積極性能。當利用現有技術中已知的方法將納米級無機粒子引入熱塑性塑料中時，聚集體以至今顯著地阻止實現所設定的目標的程度發生。

US6,753,360B2描述了具有改進機械性能的制備增強聚合物的方法。所述目的認為是提供一種方法，該方法與US6,753,360B2相比得到改進，利用該方法獲得了包含納米級無機粒子的塑料或模塑材料，所述納米級無機粒子以盡可能均勻的具有高比例初級粒子的分散形式存在。

US6,753,360B2描述了將層狀硅酸鹽以其薄片狀初級粒子的形式引入。由于在塑料中的各向異性取向，這與薄片狀納米粒子的幾何結構有關并且幾乎不能加以控制，所以薄片狀納米粒子在該改性塑料的所得性能方面導致高的各向異性度。因此希望提供一種方法，該方法還尤其適合于非薄片狀納米粒子。

另一個問題在于細粉塵的可能產生，這在所述納米級無機粒子的加工期間由所使用的納米級無機粒子引起。由于對人類健康的可能危害，細粉塵的產生通常應該加以避免。在薄片狀粒子，如層狀硅酸鹽的情況下，可能在干法引入混合物過程中，如在US6,753,360B2中那樣，就已經可能發生粉塵的某種產生。然而，如果使用初級粒子的最大縱橫比最高為5的納米級無機粒子，則這一問題以更大的程度存在，原因在于在使用期間細粉塵產生的可能性再次顯著地高于層狀粒子的情況下，如上述層狀硅酸鹽的情況，所述層狀粒子僅通過剝離步驟才獲得它們作為納米粒子的性能。目前可獲得的并且具有工業重要性的許多納米級粒子具有促進這種細粉塵形成的初級粒子幾何結構。此外，由于連續改進的制備方法，可獲得具有越來越高初級粒子含量的納米粒子制劑，使得與制備工藝的改進的同時也使細粉塵釋放的可能性增加。因此還希望提供一種方法變體，在此方法變體中，細粉塵的產生可以保持在低水平或完全得到避免。

所述目的通過包含熱塑性塑料的模塑材料或模制品的制備方法達到，所述熱塑性塑料包含納米級無機粒子，其中在采用螺桿輸送的擠出機中將處于熔融狀態的所述熱塑性塑料與納米級無機粒子和增溶劑混合，在此調節壓力和溫度，在該壓力和溫度下，所述塑料以熔體形式存在，所述增溶劑處于超臨界狀態，其特征在于在該擠出機的出口將所述混合物輸送穿過小于20μm的通道進入卸壓區段并將熔體與引入的納米級無機粒子一起排出，在冷卻后加以粉碎以獲得模塑材料，或轉移到成形用加工工具中并成形以獲得模制品。