[发明专利]包含层化纳米粒子和分散剂的纳米复合材料、复合材料、制品及其制备方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年12月19日提交的美国临时专利申请61/918302、2013年8月13日提交的美国临时专利申请61/865308、2013年11月27日提交的美国临时专利申请61/909575和2014年6月30日提交的美国临时专利申请62/018993的优先权，这些临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入。

技术领域

本公开涉及包含层状纳米粒子和分散剂的纳米复合材料、复合材料和制品，及其制备方法。

背景技术

纳米复合材料，继而包含纳米粒子的复合材料一直存在的问题是成本，包括与处理步骤相关联的成本。处理纳米复合材料的一种方法是基于溶剂的方法，其中纳米粒子的含水分散体是原材料。分散体通常是稀释的，其中纳米粒子以约15重量％-40重量％之间的量存在。将溶剂(通常为水混溶性溶剂)与水以1:1比率加入分散体中，从而进一步稀释纳米粒子。通常将溶剂选择为使得纳米粒子的分散状态得以保持。溶剂还用于抵消例如二氧化硅纳米粒子对树脂体系的增稠效应。表面处理剂通常用于使纳米粒子与基体树脂更相容。表面处理剂通常可溶于水:溶剂:纳米粒子分散体中。在表面处理工艺完成之后，将改性的纳米粒子分散体与树脂混合。在这之后去除水和溶剂以产生纳米复合材料。

存在与如下工艺相关联的成本：制备纳米粒子含水分散体、溶剂的添加、纳米粒子的表面处理、纳米粒子配混到树脂中，以及水和溶剂的去除以形成纳米复合材料。水和溶剂的去除通常是这些工艺中最昂贵的。

处理纳米复合材料的另一种方法是无溶剂方法，其中将干燥的聚集的粒子尺寸减小，进行表面处理，并且在不借助溶剂的情况下通过机械磨削工艺(例如，研磨)配混到树脂中。

发明内容

本公开提供了包含层状纳米粒子的纳米复合材料和制品以及制备纳米复合材料和制品的方法，与其他制备方法相比，该方法降低了材料和处理的成本。

在第一实施例中，本公开提供了一种纳米复合材料，该纳米复合材料包含分散于可固化树脂中的层状纳米粒子和分散剂，其中纳米复合材料包含少于2重量％的溶剂。

在第二实施例中，本公开提供了一种复合材料，该复合材料包含分散于固化树脂中的约1重量％至70重量％的层状纳米粒子和分散剂，以及嵌入固化树脂中的填料。填料包括增强连续纤维、增强不连续纤维和中空玻璃泡中的至少一种。

在第三实施例中，本公开提供了一种制品，该制品包含分散于固化树脂中的约1重量％至约70重量％的层状纳米粒子和分散剂。

在第四实施例中，本公开提供了一种制备含纳米粒子的可固化树脂体系的方法，该方法包括将1重量％至70重量％的聚集的层状纳米粒子与可固化树脂、第一分散剂以及任选地催化剂、稀释剂、表面处理剂和/或固化剂混合，以形成混合物。该混合物包含少于2重量％的溶剂。该方法还包括在包含研磨介质的第一浸没式磨机中研磨第一混合物，以形成经研磨的树脂体系，该经研磨的树脂体系包含分散于可固化树脂中的层状纳米粒子和分散剂。

在本公开的示例性实施例中获得各种意外的结果和优点。本公开的示例性实施例的一个此类优点是有能力产生低成本、高性能层状纳米复合材料和制品。本公开的示例性实施例的另一个潜在优点是有能力在不使用溶剂的情况下制备层状纳米粒子以高装填量分散于可固化树脂中和/或分散于固化剂中的分散体。

本公开的上述发明内容并不旨在描述本公开的每个所公开的实施例或每种实施方式。以下具体实施方式更为具体地举例说明了示例性实施例。在本专利申请的全文的若干处，通过示例列表提供了指导，可以各种组合使用这些示例。在每种情况下，所引用的列表均仅用作代表性的组，并且不应被解释为排他性列表。

附图说明

图1是坐标图，给出了比较例1、比较例2、实例1、实例2和实例3各自的所测量粘度。

图2是坐标图，给出了比较例1a、比较例2a、实例1a、实例2a和实例3a各自在橡胶态平台区中和在玻璃态区中的所测量储能模量。

图3A是实例1a的扫描电镜(SEM)图。

图3B是实例1a的SEM图，其具有比图3A的SEM图更高的放大倍率。

图4A是实例2a的扫描电镜(SEM)图。

图4B是实例2a的SEM图，其具有比图4A的SEM图更高的放大倍率。

图5A是实例3a的扫描电镜(SEM)图。

图5B是实例3a的SEM图，其具有比图5A的SEM图更高的放大倍率。

具体实施方式