[发明专利]包括用插层层状硅酸盐增强的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)的聚合物纳米复合材料

说明书

提供一种层状硅酸盐，其具有片晶形式的层状结构，并且在片晶之间包括插层剂，其中插层剂是分子量为274至30,000g/mol的聚酯，并且其中层状硅酸盐不是通过离子交换改性的层状硅酸盐。还提供了一种聚合物纳米复合材料，其包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)聚合物以及上述层状硅酸盐，以及制备插层层状硅酸盐和PET纳米复合材料的制备方法。PET纳米复合材料特别适用于包装，特别是用于食品和饮料包装。

本申请要求2016年9月15日提交的欧洲专利申请EP16382430.3的权益。

技术领域

本发明涉及未通过离子交换反应改性的插层层状硅酸盐，其制备方法，包含插层层状硅酸盐的聚合物纳米复合材料，以及该聚合物纳米复合材料用于包装，特别是用于食品包装的用途。

背景技术

已经发现了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的几种包装应用，部分原因在于其高透明度和良好的机械和阻隔性能。这导致生产大量PET应用于包装材料工业。由于PET是一种稳定且不可生物降解的材料，因此减少PET基产品对环境的影响一直是一项挑战。因此，非常希望找到降低这些材料对经济和环境影响的新方法。

纳米颗粒作为纳米填料开发以增强聚合物复合材料是一种允许改善机械和阻隔性能的方法，使得可以减少聚合物包装材料的重量并因此降低经济和环境影响。具有层状结构的填料如层状硅酸盐是研究最多的，因为它们提供机械和阻隔性能的改进(EP1787918A1，US2016024283)。

EP1787918A1描述了由层状硅酸盐增强的可生物降解的聚酯树脂。层状硅酸盐被铵、吡啶鎓、咪唑鎓或鏻离子取代。铵离子的实例包括四乙基铵、十八烷基三甲基铵和二甲基双(十八烷基)铵等。该树脂具有改进的阻隔性能，但没有考虑改进机械性能，诸如断裂伸长率。

US2016024283A1公开了PET纳米复合材料，其由于非蒙脱石型粘土材料的插层表现出PET中改善的物理性能，同时保持透明性和阻隔性能。在该文中，没有实现阻隔性能的改善。

WO2005030850A1描述了使用寡聚PET形成插层钠蒙脱石。将该插层物加入到PET中，得到纳米复合材料，据称可以将其挤出以获得膜、瓶子等。然而，在本申请的对比例8和实施例7中所示的实施例1的再现中，所获得的纳米复合材料是高度脆性的且具有不利的热性能，这使得它不能用于制造诸如瓶子的一些物品。

许多研究都集中在纳米粘土-PET复合材料的阻隔和机械性能上，但是报道的改进非常少。另外，通常用于改善层状硅酸盐粘土在聚合物材料上的分散的改性剂要么不适合于食品接触，要么在PET的加工温度下不是热稳定的。这些改性剂的分解可能导致聚合物基质的降解并且反过来影响复合材料的机械和阻隔性能，甚至由于熔体化合物的粘度降低，导致不可加工的材料。

为了克服上述问题，本发明涉及新的热稳定粘土，其准备用作纳米填料以产生具有改进的机械和阻隔性能的PET纳米复合材料。

发明内容

发明人发现，通过在原始层状硅酸盐中插层分子量为274至30,000g/mol的聚酯，特别是插层聚己二酸酯或聚邻苯二甲酸酯，生成插层层状硅酸盐，其在高温下比通过离子交换反应改性的层状硅酸盐(诸如用十六烷基三甲基铵阳离子改性的)更稳定。因此，本发明的插层层状硅酸盐可在较高温度下加工而不发生降解，这在用于改善具有高熔点的聚合物诸如PET的性能时是有利的。

因此，本发明的第一方面涉及具有片晶(platelet)形式的层状结构并且在片晶之间具有插层剂的层状硅酸盐，其中插层剂是分子量为274至30,000g/mol，或者1,000至20,000g/mol，或1,500至20,000g/mol，或2,500至20,000g/mol，或1,500至12,000g/mol，或2,500至12,000g/mol，或者1,000至5,000g/mol，或者1,500至2,500g/mol的聚酯，其中层状硅酸盐不是通过离子交换反应改性的层状硅酸盐。