[發明專利]干燥的表面改性納米方解石

有效

• 申請號: 201180059491.1
• 申請日: 2011-12-12
• 公開（公告）號: CN103261086A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: P·D·康多;W·J·舒爾茨;C·A·哈拉爾德森;吳榮圣
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: B82B1/00
• 分類號: B82B1/00;B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 陳長會

技術領域

本發明涉及表面改性納米方解石。更具體地講，本發明涉及可易于分散在樹脂中的干燥的表面改性納米方解石粒子。

發明內容

在一些實施例中，提供了納米粒子組合物。該組合物包含具有方解石和鍵合至方解石的表面改性劑的納米粒子。表面改性劑包含鍵合至方解石的結合基團和增容鏈段。增容鏈段包括聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚酯、聚酰胺或它們的組合中的至少一者。組合物包含小于2重量％的溶劑和/或樹脂。

在一些實施例中，提供了一種制備納米粒子組合物的方法。該方法包括減小方解石粒子的粒度，使得方解石粒子的平均粒度不大于400nm。該方法還包括用表面改性劑對方解石粒子進行表面改性以形成表面改性粒子。該方法還包括對表面改性粒子進行干燥。

在一些實施例中，提供了一種制備粒子填充樹脂的方法。該方法包括減小方解石粒子的粒度，使得方解石粒子的平均粒度不大于400nm。該方法還包括用表面改性劑對方解石粒子進行表面改性以形成表面改性粒子。方法還包括對表面改性粒子進行干燥。該方法還進一步包括使已干燥的表面改性粒子分散于樹脂中以形成粒子填充樹脂。

本公開的上述發明內容并不旨在描述本發明的每一個實施例。本發明的一個和多個實施例的細節還在下面的描述中示出。本發明的其他特征、目標和優點根據描述和權利要求將顯而易見。

具體實施方式

包含表面改性納米粒子的樹脂體系(包括可固化樹脂體系)更為人們所接受，特別是在纖維復合材料領域。表面改性納米粒子已被證實為可提高此類復合材料的機械特性，并且也被證實為可提供加工優勢。

國際專利申請號PCT/US2009/06839(公布號WO?2010/080459A1；“Nanocalcite?Composites”(納米方解石復合材料))描述了使用高剪切混合和研磨的組合使未改性方解石官能化并使方解石分散在樹脂中的單一過程。所得復合材料包含良好分散于樹脂中的表面改性方解石。

在一些應用中，可能期望的是將表面改性納米粒子提供為干燥組合物，而不是分散于水或溶劑中的納米粒子溶膠或預配混到樹脂內的納米粒子。在一些實施例中，可能期望的是用常規的高剪切混合設備而不是使用較慢的、費用較高的研磨工藝使納米粒子分散于樹脂中。在一些實施例中，可能期望的是分散已經表面改性的納米粒子，而不是嘗試在單一工藝中控制表面改性和分散兩者。

在一些實施例中，如果表面改性納米粒子能夠以干粉形式提供，則當表面改性納米粒子配混到樹脂內時可獲得更大柔性和成本效益。例如，干燥粒子的使用將消除以下顧慮：溶劑與目標樹脂的相容性以及與后續溶劑移除相關的費用和工序。另外，當提供的表面改性納米粒子在樹脂中預配混時，配方師受限于在其中進行納米粒子預配混的樹脂的特性，所述特性其可能與最終用途應用的添加劑、處理條件或特性需求不相容。因此，在一些實施例中，干燥、易于再分散的表面改性納米粒子可為包含表面改性納米粒子的樹脂體系的配方師提供最經濟、最不復雜并且最通用的方法。

如本文所用，“聚集的”和“聚集體”是描述粒子通過(例如)殘基化學處理、共價化學鍵或粒子化學鍵連接在一起的強締合。聚集體分解成為更小的實體是很難實現的。通常，通過(例如)聚集粒子在液體中分散時所遇到的剪切力不會將聚集粒子分解成更小的實體。

如本文所用，“凝聚的”和“凝聚體”是描述粒子通常通過電荷或極性保持在一起的弱締合。例如，凝聚粒子在液體中分散時所遇到的剪切力通常可將凝聚粒子分解成更小的實體。

一般來講，本發明的組合物可包含易于再分散到樹脂內(即，可不利用研磨和/或不借助溶劑而分散到樹脂內)的干燥表面改性納米粒子。表面改性納米粒子可包括方解石和鍵合到方解石的表面改性劑。

在多個實施例中，本發明的表面改性劑可至少包含結合基團和增容鏈段：

增容鏈段-結合基團；

其中“增容鏈段”是指表面改性劑的增容鏈段。

在一些實施例中，可選擇增容鏈段以提高方解石納米粒子在樹脂內的相容性。一般來講，增容基團的選擇可取決于多個因素，包括樹脂的性質、納米粒子的濃度和所需的相容程度。可用于本發明組合物中的示例性增容鏈段可包括聚亞烷基氧化物(如，聚環氧丙烷、聚環氧乙烷)、聚酯、聚酰胺以及它們的組合。在各個實施例中，可用增容鏈段的分子量可為至少250、275、300、325或甚至至少350g/mol(由化學結構計算的數均分子量)。