[发明专利]微球体填充的聚合物复合材料

说明书

技术领域

本说明书涉及一种包含聚合物基体、微球体和嵌段共聚物的聚合物组合物，以及生产该聚合物组合物的方法。

背景技术

通常，微球体，或其它的常规填料，经常被添加到聚合物复合材料中来替代昂贵的聚合物成分、来提高整体复合材料的特定的机械特性，或者是两者。由所述微球体的引入提供的提高常常试图减小翘曲和收缩或者致力于对复合材料的重量特性的强度。空心微球体的引入常常也带来所述复合材料重量的减少。然而，包括微球体通常导致最终的复合材料性能的折衷选择。所述微球体可能提高所述复合材料的至少一种物理性能或机械特性，同时相反地影响其它的性能。

本领域的技术人员通常认识到的是与没有加入微球体的聚合复合材料相比，把微球体加入聚合物复合材料中导致降低的机械特性，如拉伸强度和冲击强度。机械特性的降低通常是由所述复合材料的聚合物成分和微球体之间相对弱的粘附力产生的结果。

已经发现对玻璃和其它微球体进行硅烷基表面处理来成功地逆转一些由于所述微球体表面和所述聚合物基体之间的弱粘附力导致的机械性能的降低。然而，硅烷具有低分子量，因而和所述聚合物没有缠绕。硅烷可以用来重新选择机械性能，但是结果取决于聚合物的类型而不同。

发明概述

本发明涉及嵌段共聚物作为用于含微球体的聚合物复合材料的添加剂的用途。当单独使用微球体时，嵌段共聚物结合微球体的应用阻止通常认识到的聚合物复合材料机械性能的降低。在聚合物复合材料中的嵌段共聚物和微球体的结合可能提高该组合物的某些机械性能，例如拉伸强度、冲击强度、拉伸模量和弯曲模量。

本发明的组合物包括聚合物基体、大量微球体和一种或多种嵌段共聚物。所述嵌段共聚物具有至少一个能够和所述微球体相互作用的链段。为了本发明的目的，在所述嵌段共聚物和所述微球体之间的相互作用通常认为是通过共价键合、氢键结合、偶极键合或者离子键合，或者其组合形成的键。与没有所述嵌段共聚物的聚合物基体比较，涉及所述嵌段共聚物的至少一个链段和所述微球体的相互作用能够把聚合物基体的机械性能提高或恢复到需要的水平。

本发明也涉及一种形成包括微球体和一种或多种嵌段共聚物的聚合物基体的方法。所述一种或多种嵌段共聚物能够和所述微球体相互作用。

嵌段共聚物和微球体的结合已经应用于热塑性或热固性组合物。用在本发明的组合物中的微球体包括所有适用于聚合物基体的常规的微球体。优选的微球体是玻璃或陶瓷，最优选的实施方案涉及空心的玻璃微球体。

嵌段共聚物可以被修饰用于每种聚合物基体、微球体或两者，这增大了挠性的范围。此外，可以通过嵌段设计增大多种物理性能。嵌段共聚物可以用来代替表面处理。或者，所述嵌段共聚物可以和表面处理一前一后地使用。

定义

为了本发明的目的，用在本申请中的下述术语定义如下：

“嵌段”指的是包括许多单体单元的嵌段共聚物的一部分，其至少有一个不在相邻的嵌段中出现的特征；

“相容的混合物”指的是在第二种材料的连续基体中能够形成分散体的材料，或者是能够形成两种材料的共连续的聚合物分散体的材料；

“嵌段共聚物和微球体之间的相互作用”指的是通过共价键合、氢键结合、偶极键合或者离子键合，或者其组合形成的键；

“嵌段共聚物”意思是具有至少两种合成的分离链段的聚合物，例如二嵌段共聚物、三嵌段共聚物、无规嵌段共聚物、接枝-嵌段共聚物、星形-枝化嵌段共聚物或超枝化嵌段共聚物；

“无规嵌段共聚物”意思是具有至少两个不同的嵌段的共聚物，其中至少一个嵌段包括至少两种类型的单体单元的无规排列；

“二嵌段共聚物或三嵌段共聚物”意思是所有邻近的单体单元(除了在转变点之外)完全相同的聚合物，例如AB是由A嵌段和B嵌段组成的二嵌段共聚物，A和B是组成不同的嵌段，和ABC是由A、B和C嵌段组成的三嵌段共聚物，每个嵌段组成不同；

“接枝-嵌段共聚物”意思是由在主链上接枝的侧链聚合物组成的聚合物。所述侧链聚合物可以是不同于主链共聚物组成的任何聚合物。

“星形-枝化嵌段共聚物”或“超枝化嵌段共聚物”意思是由几种线性嵌段链组成的聚合物，所述嵌段链通过单独的分枝或连接点在每个链的一个末端连接在一起，也就是通常所说的星形嵌段共聚物；

“末端官能化的”意思是在至少一个链端用官能团封端的聚合物链；和

“聚合物基体”意思是任何增强塑性材料的树脂相，其中嵌入复合材料的添加剂。

发明详述