[發(fā)明專(zhuān)利]石墨烯增強(qiáng)的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010181412.5
• 申請(qǐng)日: 2016-03-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111253618A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杰伊·克拉克·哈南;蘇希爾·班德拉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 尼亞加拉裝瓶有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): C08K3/04
• 分類(lèi)號(hào): C08K3/04;C08L67/02;C08J3/22
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 段菊蘭;楊思捷

本申請(qǐng)?zhí)峁┝擞糜谑┰鰪?qiáng)的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)的組合物和方法。使用包含多層石墨烯的石墨烯納米片(GNP)來(lái)增強(qiáng)PET，從而改善PET用于各種新應(yīng)用的性質(zhì)。通過(guò)混合獲得包含具有分散的石墨烯納米片的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的母料。該母料用于以0.5％至15％的重量分?jǐn)?shù)形成PET?GNP納米復(fù)合材料。在一些實(shí)施方案中，通過(guò)雙螺桿擠出將PET和GNP熔融混合。在一些實(shí)施方案中，將超聲與雙螺桿擠出機(jī)結(jié)合，以輔助熔融混合。在一些實(shí)施方案中，通過(guò)高速注射模塑制備PET?GNP納米復(fù)合材料。納米材料提供增強(qiáng)PET的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)最小化所獲得的復(fù)合材料的密度變化。

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2016年03月17日、發(fā)明名稱(chēng)為“石墨烯增強(qiáng)的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯”、申請(qǐng)?zhí)枮?01680028479.7的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

優(yōu)先權(quán)

本申請(qǐng)要求2016年3月17日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?5/073,477和2015年3月17日提交的名稱(chēng)為“注射模塑聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)-石墨烯納米復(fù)合材料”的申請(qǐng)序列號(hào)為62/134,482的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)以及2015年7月8日提交的名稱(chēng)為“石墨烯增強(qiáng)的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯”的申請(qǐng)序列號(hào)為62/190,193的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的利益和優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)的領(lǐng)域通常涉及聚合物復(fù)合材料。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的領(lǐng)域涉及石墨烯增強(qiáng)的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的組合物和方法。

背景技術(shù)

復(fù)合材料被定義為多相材料，它們?cè)谧匀唤缰斜话l(fā)現(xiàn)或可以是人造的。人造復(fù)合材料通常使用一種或多種材料配制，以達(dá)到不能單獨(dú)獲得的性質(zhì)。復(fù)合材料可以基于連續(xù)基質(zhì)和分散相(例如增強(qiáng)物)的類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)。其中組成相中的一個(gè)(主要是分散相)具有1-100納米級(jí)的至少一個(gè)維度的復(fù)合材料被稱(chēng)為“納米復(fù)合材料”。“納米復(fù)合材料”可以根據(jù)納米尺度增強(qiáng)物的類(lèi)別(例如有機(jī)或無(wú)機(jī))以及幾何形狀進(jìn)一步分類(lèi)。天然存在的納米復(fù)合材料的幾個(gè)眾所周知的例子包括人骨、貝殼、蜘蛛絲和甲胄魚(yú)(armored fish)。應(yīng)理解，這些材料中的每一種都包括結(jié)構(gòu)層級(jí)(多重長(zhǎng)度尺度的結(jié)構(gòu))，使其與類(lèi)似化學(xué)物質(zhì)的其它材料相比表現(xiàn)得出乎意料地好。

已知復(fù)合材料的材料性質(zhì)取決于基質(zhì)和分散的增強(qiáng)物之間的相互作用。納米尺度每單位體積的大表面積通常導(dǎo)致納米材料與其整體對(duì)應(yīng)物相比功能不同。伴隨著基質(zhì)和分散相之間的相互作用增加，納米復(fù)合材料被認(rèn)為相對(duì)優(yōu)于常規(guī)復(fù)合材料，提供了有利的新性質(zhì)，而不損害現(xiàn)有的有益性質(zhì)，例如強(qiáng)度或耐久性。

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)是芳族半結(jié)晶熱塑性聚酯，在20世紀(jì)40年代初合成。PET由于其強(qiáng)度和韌性，高玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)和熔點(diǎn)，耐化學(xué)性和光學(xué)性質(zhì)而眾所周知。也由于成本相對(duì)較低，PET普遍用于商品和工程應(yīng)用。PET的特征在于微觀結(jié)構(gòu)，其中縱向拉伸形成具有高分子鏈取向的強(qiáng)韌的纖維，以及雙軸拉伸形成強(qiáng)韌的膜。線性PET是天然半結(jié)晶的。熱和力學(xué)歷史(分別例如冷卻和拉伸速率)可以促使PET為無(wú)定形或更有結(jié)晶性，從而影響其力學(xué)性質(zhì)。雖然PET用于諸如纖維、包裝、過(guò)濾和熱成型工業(yè)的工業(yè)中，但是由于與其它聚酯(例如PBT、PTN等)相比，結(jié)晶速率慢并且阻隔性能有限，所以PET的使用受到限制。

應(yīng)理解的是，長(zhǎng)期以來(lái)，需要開(kāi)發(fā)用于各種工業(yè)(例如包裝、汽車(chē)和航空)的輕質(zhì)材料，從而促使了試圖通過(guò)更好地控制材料加工和添加增強(qiáng)物來(lái)改善材料性質(zhì)。例如，增加PET的結(jié)晶度提高其力學(xué)和阻隔性質(zhì)。然而，該材料的限制，例如結(jié)晶速率和最大化結(jié)晶度的工業(yè)過(guò)程，例如冷卻速率、循環(huán)時(shí)間和拉伸過(guò)程，都限制了改進(jìn)PET的材料性質(zhì)的嘗試。然而，在納米材料領(lǐng)域的進(jìn)展導(dǎo)致了PET納米復(fù)合材料的發(fā)展，其改善了PET的物理性質(zhì)，從而使PET對(duì)于汽車(chē)、航空和保護(hù)性服裝工業(yè)中的應(yīng)用更有效。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同類(lèi)型的納米增強(qiáng)物(粘土、CNF、CNT、石墨烯、SiO₂等)改善了PET的材料性質(zhì)，例如PET的力學(xué)、熱、阻隔、電、阻燃、光學(xué)、表面性質(zhì)、結(jié)晶動(dòng)力學(xué)等。