[发明专利]热塑性纳米复合树脂复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及与聚合物结合的改性纳米颗粒。

背景技术

热塑性树脂因为其重量轻和优异的可塑性(模压性能)而广泛应用。然而，热塑性树脂可以具有不良的热阻、耐磨性和刚性。近些年，一直在努力开发具有改进的物理性能的热塑性材料。具体地，研究集中在形成具有良好的热阻、耐磨性、模数(modulus)和刚性的高度可模压的热塑性树脂上。

提高热塑性树脂的机械性能的一种方法包括添加无机填料，如玻璃纤维、滑石、和云母。然而，通过混合无机填料和热塑性树脂制备的树脂复合材料缺乏足够的强化效果，因为无机填料与基质树脂之间的粘结强度比较弱。此外，大量的无机填料可以造成冲击强度的严重劣化。

近些年，研究还集中在金属纳米颗粒对不同材料的效果。非常小的金属颗粒在聚合基质中的分散因为各种原因而在科学和技术上是重要的。具有独特性能的纳米尺度材料的制备代表重要的挑战。分散的颗粒系统的一个潜在优势在于其多种性能强烈依赖于材料的界面性质，因为总材料的部分(fraction)(其在界面的部分周围)是非常高的。除了简单地提供大界面面积外，非常小的无机颗粒的分散可以具有有用的电子的、光学的、磁性的、化学的、催化的和独特的机械性能。

发明内容

技术问题

本文描述的是包括金属(氧化物)纳米颗粒和至少一种乙烯基聚合物的复合材料。在一些具体实施方式中，乙烯基聚合物是选自由芳香族乙烯基单体、乙烯基氰化物单体(乙烯基氰单体，vinylcyanide monomer)、和丙烯酸单体组成的组中的一种或多种单体的聚合物。

如上所述，金属(氧化物)纳米颗粒中的至少一些化学结合到乙烯基聚合物的至少一部分上。在一些具体实施方式中，乙烯基聚合物接枝到金属(氧化物)纳米颗粒的表面上。在一些具体实施方式中，金属(氧化物)纳米颗粒被化学改性，以包括能够与乙烯基聚合物结合的官能团。

在一种具体实施方式中，金属(氧化物)纳米颗粒包括以下化学式(I)：

M(OSiR₃)_x    (I)

在化学式(I)中，M为金属。在一些具体实施方式中，该金属选自由硅、铝、钛、锡、铁、锌、镁、锆、铈、锂、银、锑和镍组成的组。

在化学式(I)中，R可以为选自由氢、烷基、烷氧基、及甲硅烷氧基(siloxy)组成的组中的一种或多种。此外，R还可以代表重复烷氧基硅烷基团。在一些具体实施方式中，重复硅和其它金属(依赖于纳米颗粒)被重复以制备包括具有官能团的金属(氧化物)纳米颗粒的聚合物基质(聚合物基体，polymeric matrix)。

在化学式(I)中，x可以为0、1、2、3、或4。

在一些具体实施方式中，金属(氧化物)纳米颗粒基本上均匀地分散在包括乙烯基聚合物的基质中。在一些具体实施方式中，金属(氧化物)纳米颗粒被改性以便具有官能团并且是疏水的。在一些具体实施方式中，疏水性防止乙烯基聚合物基质中纳米颗粒的聚集。在一些具体实施方式中，复合材料包括乙烯基聚合物和金属(氧化物)纳米颗粒的接枝聚合物。

在一些具体实施方式中，乙烯基聚合物是a)一种或多种芳香族乙烯基单体、乙烯基氰化物单体、及丙烯酸单体，和b)酰亚胺的共聚物。在一些具体实施方式中，酰亚胺是选自由马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺和丙烯酰亚胺(acrylimide)组成的组中的一种或多种。

在一些具体实施方式中，基于总计100重量份的金属(氧化物)纳米颗粒和乙烯基聚合物，该复合材料包括约1到约99重量份的热塑性树脂。在这些具体实施方式中的一些中，该热塑性树脂包括选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、丙烯腈-丙烯酸橡胶苯乙烯共聚物树脂(AAS)、丙烯腈-乙丙橡胶-苯乙烯共聚物树脂、及丙烯腈-苯乙烯共聚物(SAN)树脂中的一种或多种。在一些具体实施方式中，热塑性树脂是接枝-ABS树脂。

在一些具体实施方式中，复合材料包括约25重量份的接枝ABS树脂、约0.1至约10重量份的金属(氧化物)纳米颗粒、以及约65至约74.9重量份的乙烯基聚合物。在这些具体实施方式的一些中，乙烯基聚合物是苯乙烯-丙烯腈共聚物，并且金属(氧化物)纳米颗粒化学结合到苯乙烯-丙烯腈共聚物。