[發明專利]高性能的木質素-丙烯腈聚合物共混物材料

在審

• 申請號: 201680050142.6
• 申請日: 2016-07-13
• 公開（公告）號: CN108473776A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 阿米特·K·納斯卡爾;C·D·特蘭
• 申請（專利權）人: UT巴特勒有限公司
• 主分類號: C08L97/00
• 分類號: C08L97/00;C08L9/02;C08L33/20
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 張福根;吳小瑛

本發明涉及一種聚合物共混物材料，其包含：(i)木質素組分，其具有至多1,000,000g/mol的重均分子量；和(ii)含丙烯腈的共聚物橡膠組分，其包含與二烯單體單元組合的丙烯腈單元，并且具有至少20mol％的丙烯腈含量；其中基于組分(i)和(ii)的總重量，所述木質素組分以至少5wt％到至多約95wt％的量存在；并且所述聚合物共混物材料具有至少5MPa的拉伸屈服應力，或在10％伸長率下至少5MPa的拉伸應力，或在100％伸長率下至少5MPa的拉伸應力。本發明還描述了用于制備聚合物共混物、其模制形式和其制品的方法。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2015年7月14日提交的美國非臨時申請第14/798,729號的優先權，其全部內容在此通過引用并入本文。

關于聯邦資助研究的聲明

本發明是在美國能源部授予的主合同號DE-AC05-00OR22725的政府支持下完成的。政府對本發明享有一定的權利。

技術領域

本發明總體上涉及聚合物共混物組合物；更具體地說，涉及這樣的組合物：其具有在拉伸強度、彈性和韌性等性質方面有用的特性。

背景技術

目前可用的多種結構聚合物材料的特征在于良好的機械(即拉伸)強度或良好的伸長率(韌性)，但是通常不具有導致穩健或堅固(即牢固且堅韌)材料的這兩個特征的組合。具有這種改進的物理特性的材料在許多應用中將是有用的和有利的，包括在遭遇高載荷或突然的機械應力的關鍵結構和抗沖擊應用中。在這種應用中，具有高拉伸強度和低韌性的材料由于其脆性而容易失效。具有高拉伸強度或高拉伸應力以及改善的伸長性能的材料將更不容易發生這種失效。

發明概述

本公開主要涉及含有至少木質素組分和含丙烯腈的共聚物組分的高性能聚合物共混物材料及其復合材料，其可用作工業塑料樹脂和用于許多應用的結構材料。本文所述的聚合物共混物總體上的特征在于有利的機械性能(例如，高的強度或拉伸應力以及中等或高的彈性)的組合，使得它們在遭遇高載荷或機械應力的關鍵的結構應用中特別有用。在一些實施方案中，本文所述的聚合物共混物是熱塑性的，其有利地為它們提供足夠程度的可模塑性、彈性、可再循環性和/或延展性以將其模塑成各種有用的形狀。在其它實施方案中，本文所述的聚合物共混物顯示出熱固性彈性體或增韌塑料的特性。

在更具體的實施方案中，聚合物共混物材料包括：(i)木質素組分，其具有至多1,000,000g/mol的重均分子量；和(ii)含丙烯腈的共聚物橡膠組分，其包括與二烯(例如丁二烯)單元組合的丙烯腈單元，并且具有至少20mol％的丙烯腈含量。通常，基于組分(i)和(ii)的總重量，木質素組分以至少5wt％到至多約95wt％的量存在。優選地，聚合物共混物材料具有至少5MPa的拉伸屈服應力，或在10％伸長率下具有至少5MPa的拉伸應力。在本公開的一個示例性組合物中，聚合物共混物材料具有至少或者大于50％或100％的極限伸長率(斷裂伸長率)。在一些實施方案中，聚合物共混物材料在100％的伸長率下具有至少5MPa的拉伸應力。在本公開的一個具體示例性配方中，聚合物共混物材料表現為具有約14MPa的拉伸強度和約230％的斷裂伸長率的彈性體。在本公開的另一個示例性配方中，聚合物共混物材料表現為具有約32MPa和160％的斷裂伸長率的增韌塑料。在本公開的還另一個示例性配方中，聚合物共混物材料表現為熱塑性彈性體，該熱塑性彈性體具有在兩種上述配方之間的機械性能。

本公開還涉及用于制備上述的聚合物共混物材料的方法。在具體的實施方案中，該方法包括在至少100℃到至多200℃的溫度下，在10至1000s^-1的剪切速率下使包含組分(i)和(ii)的混合物均勻共混5至45分鐘的時間。在該方法中，基于組分(i)和(ii)的總重量，木質素組分優選以至少5wt％到至多約95wt％的量存在，以實現產物中組分的相同重量比。可用于這種混合的設備包括密閉式混合機、雙輥磨機或擠出機。該方法還可以包括模制工藝，其可以包括本領域中已知的任何成形、加熱、壓制和/或印刷工藝，以生產聚合物共混物材料的成形或印刷制品。