[发明专利]热塑性纳米复合材料

说明书

本发明涉及具有有利地平衡的机械性能的热塑性纳米复合材料。

由有机聚合物如聚酰胺和由层状硅酸盐制备的复合材料是已知的。但是虽然加入层状硅酸盐改进了刚度，但也降低了韧性。

由有机聚合物和层状硅酸盐制备复合材料的一个困难在于获得无机材料与有机材料的紧密耐久混合物。

通过例如使用有机硅烷来偶合无机和有机组分获得了这些有机和无机材料的结合。但是，这种类型的改性是复且昂贵的。

US 4,789,403描述了由有机材料如聚酰胺和层状硅酸盐制备复合材料的制备方法。为了改进与有机材料的相容性，未处理形式的层状硅酸盐首先在研磨机中与有机单体、共聚单体或预聚物紧密混合。随后该均匀粉末在提高的温度下在氢气氛中聚合得到所要求的复合材料。此处所用层状硅酸盐可以是任何所要求的层状硅酸盐，如埃洛石、伊利石、高岭石、蒙脱石或坡缕石。

有机材料与无机材料的耐久混合还可通过表面处理(疏水处理)层状硅酸盐而获得。这种类型的层状硅酸盐(分层层状硅酸盐)带有嵌入其带负电荷的晶格内的阳离子，增加了硅酸盐层之间的距离，并且层状硅酸盐在后继的在层状硅酸盐存在下进行的有机单体聚合期间分解为单一的层。但是，一些用这种方式处理的层状硅酸盐不能完全地分层。特别是如果纳米复合材料不是通过在层状硅酸盐存在下直接聚合有机单体而原位地制备的，而是通过混合所有的起始材料(这在技术上更简单)而制备的，则层状硅酸盐的分层通常是不完全的。结果是缺乏层状硅酸盐单一层在塑料(有机材料)内的理想和均匀分布，特别是当纳米复合材料通过混合制备时。所得材料不具有比与未分层矿物混合的那些材料更优越的性能。

基于本发明的目的，混合优选地是在例如双螺杆挤塑机中配混组成纳米复合材料的所有组分来得到最终纳米复合材料。

因此本发明的目的是提供热塑性纳米复合材料，其即使是通过配混制备时，也具有层状硅酸盐的分层在所用塑料中的理想分布，并且具有有利的和平衡的机械性能特征。

我们已经发现该目的可通过包含以下组分的热塑性纳米复合材料来实现：

a)热塑性塑料(A)，

b)至少一种化合物(B)(分层的表面处理的层状硅酸盐)，其结构由带负电荷的层状硅酸盐和嵌入其中的阳离子构成，并且它均匀分散在组分(A)中，和

c)中值粒度＜50μm且长/径比(l/d)＜20的另一种层状硅酸盐(C)，

其中组分(C)未经表面处理。

未经表面处理的层状硅酸盐(组分(C))具有小于50μm，优选小于30μm，特别优选为15-25μm的粒度。配混可在常规体系，例如挤出机中进行，并且是不太复杂的，因此比热塑性纳米复合材料的原位制备更节约成本。

与已知的热塑性纳米复合材料相比，新型热塑性纳米复合材料具有更高的耐热性、更高的强度和更高的刚度，并且由其生产的注塑制品具有高韧性。此外，纳米复合材料的各向异性线性膨胀问题得到克服。特别惊人的一点是在保持刚度的同时改进了韧性。

与玻璃纤维增强塑料相比，表面得到了改进，并且机械性能在较低的填料含量并因此在较低的密度时是可比的。

以热塑性纳米复合材料的总重量为基准，所用组分(C)的比例很小。以热塑性纳米复合材料的总重量为基准，一般使用0.1-15wt％，优选1-10wt％且特别优选2-6wt％。

新型热塑性纳米复合材料优选包含：

a)10-99.89wt％组分(A)，

b)0.01-15wt％，优选1-10wt％，特别优选2-6wt％组分(B)，

c)0.1-15wt％，优选1-10wt％，特别优选2-6wt％组分(C)，

d)0-50wt％其它填料(D)，和

e)0-50wt％其它添加剂(E)，

其中所有组分的总量为100wt％。

组分A：热塑性塑料

热塑性塑料优选选自聚酰胺、乙烯基聚合物、聚酯、聚碳酸酯、聚醛和聚酮。