[发明专利]用于聚合物组合物的疏水性表面改性的氧化铝和用于制备其的方法

说明书

提供了一种制备新的疏水性氧化铝的方法，所述方法包括：i)提供包含氧化铝化合物的浆料，所述浆料具有大于5.5的pH；ii)将包含具有长烃链的羧酸的有机组合物与所述浆料混合，以形成酸改性的浆料；iii)水热调理所述酸改性的浆料，以形成水热熟化的浆料；和iv)将所述水热熟化的浆料干燥。新的疏水性氧化铝具有表面改性的结构，其特征在于低含水量和非常小的纳米粒子。这些新的疏水性氧化铝可以均匀地分散在基质例如聚合物中。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年10月30日提交的美国申请62/248,962的优先权，该申请的公开内容通过引用结合在本文中用于所有目的。

本发明涉及一种新型的用于制备疏水性氧化铝的方法，新型的疏水性氧化铝，以及包含所述新型的疏水性氧化铝和基质的组合物。

背景

聚合物广泛用于一些应用，例如，制备纤维、薄膜或多种涂层材料。热塑性塑料在工业中应用最广。聚合物通常用作阻隔物或用于阻隔物，例如，薄膜、粘合剂等，以改善多种材料的特性和性能。

在阻隔聚合物领域中，应用在能量上不是特别有效的复杂工艺和技术来获得针对分子渗透性的阻力(例如，应用多层薄膜或聚合物共混物)。[1]

通过将高氧气阻隔聚合物和水敏感性阻隔物(乙烯乙烯醇共聚物)与至少两层相对高疏水性的聚合物(聚乙烯，“PE”)组合而得到具有在大的含水量范围具有超高氧气阻隔性的材料。聚合物共混物也可以用于阻隔聚合物领域，原因在于所述共混物可以获得使用单层聚合物不能得到的特性。

在聚合物材料中使用无机粒子以改善多种特性在本领域中是公知的。例如，粘土已经被研究到作为用于聚合物的填料、作为增强剂和作为阻隔物质的重要程度。检验的多种方法证实了材料的最终物理特性和性能完全依赖于制造技术、制备方法和剥落填料材料的可能性的事实。然而，使用开采的粘土、剥落的或分散成单个粒子已经成为主要的技术挑战。[2-5]

使用开采的粘土具有一些缺点。这是由于它们可能包含吸收相当大量的湿度的矿物质。甚至在通过在高温加热去除湿度后，在大部分情形中，在室温容易重新获得湿度，这使得这种粘土的使用变得更为复杂。有效剥落小板形成完全分散的单个粒子形态可能受到这一事实的阻碍：粘土粒子是亲水性的，并且多种感兴趣的聚合物是疏水性的(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯“PET”，聚乙烯“PE”，聚丙烯“PP”等)。[1]

文献中存在关于使用季铵表面活性剂改善和粒子处理从而使得粘土被加工成聚合物的多份报道。这些材料可以通过静电相互作用的机制改性粘土粒子的亲水特征，并且改善在主体聚合物中的分散性和润湿性。为了进行此，它们可以提供强化，在一些情形中，通过交联提供强化。然而，还报道此类铵表面活性剂可能在以相对高温的熔融物加工过程中分解，对聚合物的耐用性方面具有不利的影响。[2,3]

通常，在具有水排斥性特性的增容剂(如马来酸酐)和/或短链金属硬脂酸盐的存在下，进行粘土-改性的聚合物的制备。然而，金属硬脂酸盐作为润滑剂起作用，并且仅围绕粒子，而不形成特定的化学键。金属硬脂酸盐和硅烷辅助使粘土粒子悬浮，仅在熔融粘度方面具有少量增加。然而，使用纳米尺寸的粒子，仅聚结物结合形成具有差的分散度的聚合物基质，并且所述材料作为常规的填料起作用。[4]

使用机械技术来结合粒子，而不使用任何具体的表面改性，也已经记载在现有技术中。这些处理很少使用。一个实例是高岭土，其不能进行表面改性。现有技术教导[5]通过压碎机制备的盘式结构的高岭土可能改善阻隔性能，使之超过标准的乳胶涂层。对涂布基板的扫描电子显微镜(SEM)显微图像显示粒子必须以高浓度存在，从而得到需要的特性。据报道，开采的包含大尺寸高岭土晶体的矿物质被选择性开采并且压碎成微米尺寸的板样粒子。控制粒子的厚度所得到的限度处在约100nm的规格，而尺寸高于500nm(太大了而无效)，因此关于所用的体积分数是高度无效的。预测高的填料体积分数提高阻隔特性，但是相反地，降低聚合物的机械特性。