[发明专利]包含丙烯接枝共聚物的复合材料

说明书

发明领域

本发明涉及包含丙烯聚合物材料的接枝共聚物和已用溶胀剂处理的绿土(smectite))型粘土的复合材料(composite material)。

发明背景

层状粘土矿物质如蒙脱石由厚度为纳米级(1纳米＝10)的硅酸盐层组成。这样的层状材料在聚合物中的分散体常被称作纳米复合物。

已知这些硅酸盐如绿土类粘土(如蒙脱石钠和钙)可以用有机溶胀剂如有机铵离子处理，溶胀剂分子嵌入相邻平面硅酸盐层之间，从而明显增加层间间距，使粘土呈更大的疏水性，更适合与聚合物前体的相互作用。然后，一般通过高剪切混合使嵌入的硅酸盐剥落，即硅酸盐层分离。已发现，在母体聚合物聚合时，聚合之前或之后，各硅酸盐层与母体聚合物掺混时，明显提高聚合物的一种或多种性能如机械强度和/或高温特性。

例如，美国专利4,810,734揭示一种制备复合材料的方法，该方法为，在分散介质如水、烷醇或二甲亚砜存在下层状粘土矿物质与溶胀剂接触，与熔融的可聚合单体或单体和分散介质的混合物混合，聚合混合物中的单体。还可以存在聚合反应的催化剂和促进剂。形成的聚合物有，例如聚酰胺、乙烯基聚合物或热固性树脂。

美国专利5,514,734揭示一种复合材料，该复合材料包括有均匀分散在其中的层状或原纤维颗粒如页硅酸盐的聚合物基体，结合到有机硅烷、有机钛酸酯或有机锆酸酯并且一部分或多部分连接到聚合物基体的至少一种聚合物上的颗粒。聚合物基体可以是例如聚酯、聚烯烃或聚酰胺。

美国专利5,760,121揭示的复合材料包括一种主体材料和页硅酸盐材料的剥落片晶，主体材料如聚酰胺、聚乙烯胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚烯烃或聚丙烯酸酯。这些片晶来自与含水和/或有机溶剂的包含嵌入聚合物的组合物接触，在没有鎓离子(oniumion)或硅烷偶联剂下形成的嵌入物。合适的嵌入聚合物包括聚烯烃和丙烯酸类聚合物。

美国专利5,910,523揭示一种组合物，包括(a)半结晶的聚烯烃，(b)有叠层的可分散片晶的粘土填料，(c)与该填料反应的氨基官能硅烷，和(d)在硅烷与填料反应之后和氨基官能硅烷反应的羧化或马来酸化的半结晶聚烯烃。

然而，在聚合物基体中加入粘土矿物质并不总能明显提高机械性能。部分原因是不能剥落硅酸盐材料的所有或至少大部分层。还因为在层状硅酸盐材料和有机聚合物之间缺少亲合力。目前还未能完全成功解决这些问题。因此，需要一种具有要求的机械性能和物理性能的新颖复合材料。

发明概述

本发明的复合材料包括：

(1)接枝共聚物，包含丙烯聚合物颗粒材料的主链，并在该主链上至少接枝聚合一种能通过自由基聚合的接枝单体，该颗粒材料重均直径约为0.4-7mm，表面积至少为0.1m²/g，孔隙率至少约为0.07，颗粒的40％以上的孔隙直径大于1微米，

(2)含有可交换阳离子的绿土粘土，这种绿土粘土已用至少一种有机溶胀剂处理过，均匀分散在丙烯聚合物颗粒材料中，复合材料的无机物总含量约为该组合材料总重量的0.5-10％。

本发明的复合材料可通过包括下列步骤的方法制备：在基本没有氧化的环境中，在(1)含有可交换阳离子的绿土粘土(已用至少一种有机溶胀剂处理)和(2)每100份丙烯聚合物材料约0.1-6份的有机自由基聚合反应引发剂存在下，在约60-125℃反应温度下，将至少一种能通过自由基聚合的液体单体接枝聚合到丙烯聚合物颗粒材料(重均直径约为0.4-7mm，表面积至少为0.1m²/g，孔隙率至少约为0.07，颗粒的40％以上的孔隙直径大于1微米)上，从而使形成的聚合单体的链嵌入粘土，使粘土颗粒均匀分散在丙烯聚合物颗粒材料中，以复合材料总重量为基准，复合材料的无机物含量约为0.5-10％(重量)。

按照本发明方法制备的聚合物复合材料具有优良的机械性能如热变形温度、拉伸强度和弯曲模量。

发明详细描述

用作本发明复合材料中接枝共聚物主链的丙烯聚合物材料可以是：

(1)全同立构指数大于80，较好约为85-99的丙烯均聚物；

(2)丙烯和选自乙烯和C_4-10α-烯烃的烯烃的共聚物，条件是当烯烃为乙烯时，聚合乙烯的最大含量约为10％(重量)，较好约为4％(重量)，当烯烃是C_4-10α-烯烃时，其聚合最大含量约为20％(重量)，较好约为16％(重量)，共聚物的全同立构指数大于85；