[发明专利]制备聚酯纳米复合物的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年8月25日提交的美国专利申请60/840,091的优先权， 并将该申请的全部内容在此一并引入作为参考。

联邦资助的研究

以下发明是在国家科学基金授予的奖助金/合同号为0117792的资助下， 在政府的支持下进行的。

技术领域

本发明涉及聚酯纳米复合物及其制备方法。

背景技术

纳米粒子已被用来作为聚合物的填料，以改良诸如机械、热、电和阻隔 性质等各种性质。使用纳米填料的驱动力在于当填料的尺寸降至低于100纳 米时，可获得巨大的比表面积。相比于它们的微米级的和大尺寸的对应物， 纳米粒子具有较高的比表面积数量级。此可导致两个相关的现象。第一，填 料和基质之间交互作用的面积增加。第二，存在环绕各粒子的区域，在该区 域中，聚合物的行为与整体不同。此”交互作用区(IZ)”的体积分数(volume fraction)可大于粒子的体积分数，且IZ的性质有助于性质方面的改变。此增 加的交互作用可具有多种影响。其会导致玻璃化转变温度(T_g)和从聚合物向 填料的载量转移的变化。在半晶聚合物的例子中，增加的交互作用会导致结 晶行为如结晶温度(T_c)的改变。

然而，这些变化的程度取决于填料和聚合物之间的界面。通常，较强的 界面将导致较佳的载量转移和较高的T_g。获得较强界面的途径是通过使用可 与聚合物分子相容的或可与聚合物分子键结的分子来涂覆纳米粒子，从而改 变纳米粒子的表面。改变纳米粒子表面的大部分尝试，包括使用具有吸附在 粒子表面上的末端基团和可与聚合物分子相容的另外的末端基团的偶合剂 (如硅烷或膦酸)，来涂覆纳米粒子的表面。之后，通过将聚合物接枝于填 料上而成键，包括通过随后的聚合反应使偶合剂与单体分子反应。虽然此方 法展现出希望的结果，但还存在与前述相关的问题，包括难以控制分子量和 分子量的分布。

已使用替代方法来提高聚合物如聚酯的玻璃化转变温度，以改良其热稳 定性。一个方法是使聚酯与另一种具有较高T_g的聚酯掺合。例如，PET(T_g～80 ℃)曾被用以与聚萘酸乙二酯(PEN，其T_g为130℃)掺合。此方法的缺点在于 具有较高T_g的聚酯的成本较高。共聚反应为用于提高聚酯的T_g的另一途径。 曾制备PET与PEN的共聚物，且T_g随着萘单元的增多而提高。PET也曾与 5-硝基异酞酸单元(PETNI)共聚成50％NI含量，使得玻璃化转变温度提高6 ℃。但是，此方法需要高百分比的共聚单体单元，以获致可观的改变。

需要经纳米粒子填充的聚合物，即聚合物纳米复合物；以及需要能够克 服至少一个前述缺陷的聚合物纳米复合物的制备方法。

发明内容

本发明一个方面涉及一种用于制备聚酯纳米复合物的方法，该方法包 括：用二羧酸对纳米粒子进行涂覆；使经二羧酸涂覆的纳米粒子与偶合剂合 并，得到第一混合物；及使第一混合物与聚酯合并，以形成聚酯纳米复合物， 该聚酯纳米复合物的玻璃化转变温度高于聚酯且结晶温度低于聚酯。

附图说明

图1为根据本发明的重量损耗百分比相对于温度的热重分析(TGA)图；

图2为根据本发明的经对酞酸(TA)涂覆的具有不同TA百分比的纳米粒 子的重量损耗百分比相对于温度的热重分析(TGA)图；

图3为根据本发明的经TA涂覆的纳米粒子在改变的加热速率下测得的 重量损耗百分比相对于温度的热重分析(TGA)图；

图4为根据本发明的热流相对于TA和聚二碳化二酰亚胺(pCDI)温度的 差示扫描量热法(DSC)图；

图5为根据本发明的反应热相对于TA与pCDI的比率的图；

图6为玻璃化转变温度相对于在根据本发明的聚酯纳米复合物中的填料 百分比的图；和

图7为结晶温度相对于在根据本发明的聚酯纳米复合物中的填料百分比 的图。

具体实施方式

此专利说明书中，当首次出现并维持其定义时，对名词和替代的名称进 行了限定。