[发明专利]干燥的表面改性纳米方解石

说明书

技术领域

本发明涉及表面改性纳米方解石。更具体地讲，本发明涉及可易于分散在树脂中的干燥的表面改性纳米方解石粒子。

发明内容

在一些实施例中，提供了纳米粒子组合物。该组合物包含具有方解石和键合至方解石的表面改性剂的纳米粒子。表面改性剂包含键合至方解石的结合基团和增容链段。增容链段包括聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚酯、聚酰胺或它们的组合中的至少一者。组合物包含小于2重量％的溶剂和/或树脂。

在一些实施例中，提供了一种制备纳米粒子组合物的方法。该方法包括减小方解石粒子的粒度，使得方解石粒子的平均粒度不大于400nm。该方法还包括用表面改性剂对方解石粒子进行表面改性以形成表面改性粒子。该方法还包括对表面改性粒子进行干燥。

在一些实施例中，提供了一种制备粒子填充树脂的方法。该方法包括减小方解石粒子的粒度，使得方解石粒子的平均粒度不大于400nm。该方法还包括用表面改性剂对方解石粒子进行表面改性以形成表面改性粒子。方法还包括对表面改性粒子进行干燥。该方法还进一步包括使已干燥的表面改性粒子分散于树脂中以形成粒子填充树脂。

本公开的上述发明内容并不旨在描述本发明的每一个实施例。本发明的一个和多个实施例的细节还在下面的描述中示出。本发明的其他特征、目标和优点根据描述和权利要求将显而易见。

具体实施方式

包含表面改性纳米粒子的树脂体系(包括可固化树脂体系)更为人们所接受，特别是在纤维复合材料领域。表面改性纳米粒子已被证实为可提高此类复合材料的机械特性，并且也被证实为可提供加工优势。

国际专利申请号PCT/US2009/06839(公布号WO 2010/080459A1；“Nanocalcite Composites”(纳米方解石复合材料))描述了使用高剪切混合和研磨的组合使未改性方解石官能化并使方解石分散在树脂中的单一过程。所得复合材料包含良好分散于树脂中的表面改性方解石。

在一些应用中，可能期望的是将表面改性纳米粒子提供为干燥组合物，而不是分散于水或溶剂中的纳米粒子溶胶或预配混到树脂内的纳米粒子。在一些实施例中，可能期望的是用常规的高剪切混合设备而不是使用较慢的、费用较高的研磨工艺使纳米粒子分散于树脂中。在一些实施例中，可能期望的是分散已经表面改性的纳米粒子，而不是尝试在单一工艺中控制表面改性和分散两者。

在一些实施例中，如果表面改性纳米粒子能够以干粉形式提供，则当表面改性纳米粒子配混到树脂内时可获得更大柔性和成本效益。例如，干燥粒子的使用将消除以下顾虑：溶剂与目标树脂的相容性以及与后续溶剂移除相关的费用和工序。另外，当提供的表面改性纳米粒子在树脂中预配混时，配方师受限于在其中进行纳米粒子预配混的树脂的特性，所述特性其可能与最终用途应用的添加剂、处理条件或特性需求不相容。因此，在一些实施例中，干燥、易于再分散的表面改性纳米粒子可为包含表面改性纳米粒子的树脂体系的配方师提供最经济、最不复杂并且最通用的方法。

如本文所用，“聚集的”和“聚集体”是描述粒子通过(例如)残基化学处理、共价化学键或粒子化学键连接在一起的强缔合。聚集体分解成为更小的实体是很难实现的。通常，通过(例如)聚集粒子在液体中分散时所遇到的剪切力不会将聚集粒子分解成更小的实体。

如本文所用，“凝聚的”和“凝聚体”是描述粒子通常通过电荷或极性保持在一起的弱缔合。例如，凝聚粒子在液体中分散时所遇到的剪切力通常可将凝聚粒子分解成更小的实体。

一般来讲，本发明的组合物可包含易于再分散到树脂内(即，可不利用研磨和/或不借助溶剂而分散到树脂内)的干燥表面改性纳米粒子。表面改性纳米粒子可包括方解石和键合到方解石的表面改性剂。

在多个实施例中，本发明的表面改性剂可至少包含结合基团和增容链段：

增容链段-结合基团；

其中“增容链段”是指表面改性剂的增容链段。

在一些实施例中，可选择增容链段以提高方解石纳米粒子在树脂内的相容性。一般来讲，增容基团的选择可取决于多个因素，包括树脂的性质、纳米粒子的浓度和所需的相容程度。可用于本发明组合物中的示例性增容链段可包括聚亚烷基氧化物(如，聚环氧丙烷、聚环氧乙烷)、聚酯、聚酰胺以及它们的组合。在各个实施例中，可用增容链段的分子量可为至少250、275、300、325或甚至至少350g/mol(由化学结构计算的数均分子量)。