[發(fā)明專利]粘土?異氰酸酯納米分散體和由其制備的聚氨酯納米復合材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410303086.5
• 申請日: 2009-05-06
• 公開（公告）號: CN104086746B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發(fā)明（設計）人: G·哈里克利施南;C·W·瑪考斯科;C·I·林德塞;S·N·辛格
• 申請（專利權）人: 亨斯邁國際有限責任公司;明尼蘇達州立大學董事會
• 主分類號: C08G18/79
• 分類號: C08G18/79;C08G18/48;C08K9/00;C08K3/34
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 汪宇偉

本申請是申請日為2009年5月6日、申請?zhí)枮?00980115845.2、發(fā)明名稱為“粘土-異氰酸酯納米分散體和由其制備的聚氨酯納米復合材料”的發(fā)明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求2008年5月6日提交的美國臨時申請61/050,844的權益。

技術領域

本公開一般地涉及無機粘土的納米分散體，更具體地涉及無機粘土在異氰酸酯中的納米分散體和由其制備的聚氨酯納米復合材料。

背景技術

眾多的制品由聚氨酯生產(chǎn)，例如鞋底、汽車座椅、耐磨涂料、定向刨花板和門板，這只是舉幾個例子。如果不是其全部的話，在這些應用的大多數(shù)中，使異氰酸酯與一種或多種異氰酸酯反應性材料如多元醇、多元胺和木質纖維素反應。可以向該反應混合物中添加其它材料，例如作為幾個例子有催化劑、阻燃劑、發(fā)泡劑、水、表面活性劑以及填料。

為了滿足特定應用的需要，可以在顯著的精確性下調整異氰酸酯、異氰酸酯反應性材料以及使用的話其它添加劑。例如，可以調整聚氨酯體系以制備閉孔硬質泡沫，例如在建筑物和器具中用作隔離材料的那些；開孔軟質泡沫，例如在汽車、家具和寢具中用作減震和吸聲材料的那些；彈性體，例如在鞋類、運動設備和工業(yè)應用中使用的那些；可以用于汽車、航空航天和家庭應用的纖維增強復合材料；涂料，例如在汽車、地板和橋梁中使用的那些；可以用于復合木制品和柔軟包裝的粘合劑；以及可以用于建筑和汽車的密封劑和包封材料。

聚氨酯通用性也歸因于產(chǎn)品制造容易。例如，可以在最終制品形成期間發(fā)生聚合，這使得加工者能夠改變和控制成品的屬性和特性。該調整能力和容易制造給予聚氨酯基制品巨大的性能價格比優(yōu)勢，而且是其最近四十多年顯著的工業(yè)成功背后的關鍵原因。

盡管許多不同類型的、各自具有其獨特性能的聚氨酯制品是值得注意的，但是通過向聚氨酯體系中添加諸如粘土納米粒子之類的納米粒子以形成聚合物納米復合材料可以改善性能價格比。用納米粒子制成的聚氨酯可以顯示出超過可能具有傳統(tǒng)的微米或更大尺寸添加劑的那些聚氨酯的性能增強。

為了制備在相對較低的納米粘土含量下具有性能改進的聚合物納米復合材料，應當使納米粘土均勻分散在聚合物基質中。制造這類納米復合材料的一項挑戰(zhàn)在于，全部在相對較低的成本下，使最小的不可分的粘土納米粒子如片晶(platelet)分離或分層并且使片晶均勻分散在聚合物中。

可以使粘土有機改性以有助于分層和/或分散。例如，在下述各篇文獻中，將粘土有機改性以使粘土片晶分層：美國專利6,518,324、美國專利申請2007/0072991、美國專利申請2007/197709、美國專利申請2007/0227748以及G.Harikishnan,T.Umasankar Patro和D.V.Khakhar,Polyurethane Foam–Clay Nanocomposites:Nanoclays as Cell Openers,Ind.Eng.Chem.Res.,2006,45,7126-7134。一般而言，可以通過使包含親脂性基團的離子與粘土表面上的離子電荷締合而將粘土有機改性。然而，使用有機改性的粘土顯著提高成品的成本并且潛在地降低或消除某些聚合物性能例如阻燃性。盡管上述專利和出版物針對聚氨酯，但是Polymer Nanocomposites,Processing,Characterization and Applications；Thermoset Nanocomposites for Engineering Applications以及Okada等人的論文“Twenty Years of Polymer-Clay Nanocomposites”，Macromolecular Materials and Engineering,2006,291,1449-1476指出粘土的有機改性還用于與其它聚合物一起形成納米復合材料。

除了有機改性粘土之外，還可以將溶劑用于幫助納米分散。然而，使用溶劑的適用性有限，而且并非總可得到相容的聚合物-硅酸鹽溶劑體系。此外，溶劑脫除會非常昂貴且破壞環(huán)境。

引起注意的另一種技術為直接聚合物熔融插層。在直接聚合物插層的情況下，通常采用擠出機，將聚合物與硅酸鹽混合，并且將混合物在聚合物軟化點以上進行加熱。然而，這種技術對聚氨酯制品的適用性有限，因為大多數(shù)聚氨酯制品為熱固性材料。

因此繼續(xù)需要在減少或者消除通過粘土的親脂性抗衡離子有機改性、使用溶劑、或者二者都減少或消除的情況下制造聚氨酯納米復合材料。

發(fā)明內(nèi)容