[發明專利]納米復合材料及其制造方法

無效

• 申請號: 201380035198.0
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN104411770A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: R·休爾施;S·查克拉博蒂
• 申請（專利權）人: 貝克休斯公司
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08K7/00;C08L101/00;C08J3/20;B82B3/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 柳冀

交叉參考的相關申請

本申請要求2012年7月2日提交的美國申請13/539,964的權益，其在此以其全部引入作為參考。

發明背景

為了改進聚合物的性能，有時候將大體積材料添加到聚合物基質中。但是，這些大體積材料中的一些也降低了性能特性或者引入了不利的性能，例如聚合物過早的降解。平衡對更結實的聚合物組合物的需要與可利用的大體積材料之間的關系已經被證實是挑戰性的。因此，用于改進聚合物材料的新材料和方法將是本領域普遍接受的。

發明內容

現有技術的上述和其他缺陷是如下來克服的：在一個實施方案中，納米復合材料包含：聚合物；和位于該聚合物中的納米填料，該納米填料包含結合到第二納米顆粒的第一納米顆粒。

在另一實施方案中，制造納米復合材料的方法包括：將硅倍半氧烷與納米顆粒合并；使該納米顆粒結合到硅倍半氧烷以制造納米填料；和使該納米填料分散在該聚合物中以制造該納米復合材料。

具體實施方式

在此作為舉例而非限制性地提出了一個或多個實施方案的詳細說明。

已經發現，某種納米填料和聚合物的納米復合材料表現出相比于原生聚合物增加的降解溫度。該納米填料與聚合物相容和相互作用，因此該納米填料易于分散在該聚合物中。另外，該納米填料和聚合物的協同效應增強了該納米復合材料的特性和性能，例如阻燃性，相對于原生聚合物增加的點燃時間，或者改進的自熄時間。

在一個實施方案中，納米復合材料包含聚合物和位于該聚合物中的納米填料。該納米填料具有結合到第二納米顆粒的第一納米顆粒。

用來形成納米填料的納米顆粒通常是這樣的顆粒，其在至少一個維度上的平均粒度小于1微米(μm)。作為此處使用的，“平均粒度”指的是數均粒度，基于該顆粒的最大線性尺寸(有時候稱作“直徑”)。粒度，包括平均、最大和最小粒度，可以通過適當的分級顆粒的方法來測定，例如使用激光光源的靜態或動態光散射(SLS或DLS)。納米顆粒可以包括平均粒度為250nm或更低的顆粒和平均粒度大于250nm-小于1μm的顆粒(有時候在本領域中稱作“亞微米尺寸”顆粒)。在一個實施方案中，納米顆粒的平均粒度可以是約0.1納米(nm)-約500nm，特別是0.5nm-250nm，更特別是約1nm-約150nm，更特別是約5nm-約125nm和仍然更特別是約5nm-約75nm。該納米顆粒可以是單分散的，其中全部顆粒是相同尺寸的，具有很小的偏差，或者多分散的，其中顆粒具有一定范圍的尺寸，并且是平均的。通常使用多分散納米顆粒。可以使用不同的平均粒度的納米顆粒，并且以此方式，該納米顆粒的粒度分布可以是單峰的(表現出單一尺寸分布)，雙峰的(表現出兩種尺寸分布)或多峰的(表現出多于一種的粒度分布)。

最小的5％納米顆粒的最小粒度可以小于2nm，特別是小于或等于1nm，和更特別是小于或等于0.5nm。類似地，95％納米顆粒的最大粒度可以大于或等于900nm，特別是大于或等于750nm，和更特別是大于或等于500nm。該納米顆粒可以具有大于300m²/g的高表面積，和在具體的實施方案中300m²/g-1800m²/g，特別是500m²/g-1500m²/g。

根據一個實施方案，該第一納米顆粒是硅倍半氧烷。硅倍半氧烷，也稱作聚硅倍半氧烷，聚有機硅倍半氧烷或多面體低聚硅倍半氧烷(POSS)衍生物，其是通式RSiO_1.5(其中R是氫、無機基團或有機基團例如甲基)的聚有機硅氧化物化合物，其具有明確的封閉或開放籠結構(籠式或巢式結構，其分別被稱作完全壓縮結構或不完全壓縮結構)。硅倍半氧烷可以通過官能化的含硅單體例如四烷氧基硅烷(包括四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷，烷基三烷氧基硅烷例如甲基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷)的酸和/或堿催化的縮合來制備。

在一個實施方案中，該第一納米顆粒是硅倍半氧烷，其具有封閉籠結構、開放籠結構或者包括前述中至少一種的組合。該硅倍半氧烷可以具有任何形狀的籠結構，例如立方體、六棱柱、八棱柱、十棱柱、十二棱柱等。此外，該硅倍半氧烷的籠結構包含4-30個硅原子，特別是4-20個硅原子，和更特別是4-16個硅原子，并且籠結構中每個硅原子結合到氧。應當注意的是，術語“籠結構”表示包括硅倍半氧烷通式RSiO_1.5的SiO_1.5部分，并且不包括R基團。