[发明专利]低聚体接枝纳米填料和先进复合材料

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请No.61/791,132的优先权。

技术领域

本发明所公开的内容涉及用于改善聚合物材料特性的复合材料和纳米材料领域。

背景技术

聚合物复合材料广泛用于从运输车辆到运动器材以及各种机械部件的应用中。由 于其相对低的密度和高的强度，聚合物复合材料可有利地替代较重的金属材料。然而聚合 物复合材料与金属相比缺乏某些理想的特性，诸如高冲击强度(例如“韧性”)、导电性以及 对分子传送的阻碍。以前曾尝试向聚合物复合材料中加入填料颗粒以改善这些特性。然而 由于填料颗粒与聚合物基质之间不相容，这往往使此类复合材料的机械特性受损。因此，需 要提供与聚合物基质更为兼容的填料颗粒。同时还需要改善聚合物复合材料的机械特性。

发明内容

本文提供了用于置入聚合物基质中的低聚体接枝纳米填料组合物，该聚合物基质 包含衍生自多个可聚合单元的聚合物，该纳米填料组合物包含：纳米颗粒；键合到纳米颗粒 的一个或多个偶联基团；以及键合到一个或多个偶联基团的一个或多个低聚体，其中这些 低聚体衍生自两个或更多个可聚合单元，至少一个可聚合单元至少基本上类似于聚合物基 质的可聚合单元中的至少一个。

还提供了用于置入聚合物基质中的低聚体接枝纳米填料组合物，该聚合物基质包 含两个或更多个可聚合单元，该纳米填料组合物包含：纳米颗粒；键合到纳米颗粒的一个或 多个偶联基团；以及键合到一个或多个偶联基团的一个或多个低聚体，其中这些低聚体包 含两个或更多个可聚合单元并且改善纳米颗粒和聚合物基质之间的分散性或界面强度，或 改善分散性和界面强度两者。

还提供了复合物，其包含低聚体接枝纳米填料组合物与聚合物复合物，其中聚合 物复合物具有聚合物基质和一种或多种分散于聚合物基质内的低聚体接枝纳米填料。低聚 体接枝纳米填料可包含纳米颗粒、键合到纳米颗粒的一个或多个偶联基团以及键合到一个 或多个偶联基团的一个或多个低聚体。

此外，本发明还提供制备低聚体接枝纳米填料和复合物的方法。制备低聚体接枝 纳米填料的方法可包括将纳米颗粒与一个或多个低聚体接枝，以形成低聚体接枝纳米填 料。制备低聚体接枝纳米填料的方法还可包括将纳米颗粒与一个或多个偶联剂反应以形成 偶联剂键合的纳米颗粒，再将偶联剂键合的纳米颗粒与一个或多个低聚体反应形成低聚体 接枝纳米填料。

在另外的实施例中，提供了复合物，其包含聚合物基质和一种或多种分散于聚合 物基质内的低聚体接枝纳米填料，其中低聚体接枝纳米填料包含纳米颗粒、键合到纳米颗 粒的一个或多个偶联基团以及键合到一个或多个偶联基团的一个或多个低聚体。

还提供了制备复合物的方法，所述方法包括将低聚体接枝纳米填料分散到聚合物 基质中(其中聚合物基质包含一个或多个可聚合单元)，以及完成低聚体与聚合物基质之间 的键合。低聚体接枝纳米填料可包含纳米颗粒和任选地通过偶联剂共价键合到纳米颗粒的 一个或多个低聚体，并且所述一个或多个低聚体可衍生自两个或更多个可聚合单元，其中 至少一个可聚合单元可至少基本上类似于聚合物基质的可聚合单元中的至少一个。

还提供了制备复合物的方法，所述方法包括将低聚体接枝纳米填料分散于包含一 个或多个单体的流体中，低聚体接枝纳米填料的低聚体部分衍生自对应于一个或多个单体 并且聚合所述单体的至少一个可聚合单元。

另外还公开了由本文提供的低聚体接枝纳米填料制成的制品。

附图说明

结合附图阅读可进一步理解本发明内容。为了阐述主题，在附图中示出了主题的 示例性实施例；但本发明的主题不限于这些公开的具体方法、装置和系统。另外，附图未必 按比例绘制。附图中：

图1示出将偶联剂110附接至纳米颗粒105以形成键合到一个或多个偶联剂的纳米 颗粒115的方法100。

图2示出将低聚体125附接至偶联剂110以形成低聚体接枝纳米填料130的方法 120，其中偶联剂110被附接至键合到一个或多个偶联剂的纳米颗粒115中的纳米颗粒105。