CN1208383C - 纳米级无机物填充合成树脂微孔材料 - Google Patents

纳米级无机物填充合成树脂微孔材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及纳米级无机物填充合成树脂微孔材料，所述的微孔材料由纳米级无机物粉体、纳米级微孔骨架结构的无机物粉体与合成树脂及助剂组成，其组分及含量如下(重量%)：合成树脂5～80，纳米级无机物粉体2～50，纳米级微孔骨架结构的无机物粉体10～65，助剂4～25。与现有技术相比，本发明是通过选用不同比表面积的纳米级微孔骨架结构的无机物粉体和纳米级无机物粉体为成孔材料来控制材料的微孔尺寸，由这些粉体和合成树脂结合生成不同微孔尺寸的微孔材料。

Description

纳米级无机物填充合成树脂微孔材料
技术领域
本发明涉及到一种合成树脂微孔材料，特别是一种由纳米级无机物粉体填充的合成树脂微孔材料。
背景技术
在合成树脂中填充纳米级无机物粉体，如填充纳米级滑石粉粉体或纳米级碳酸钙粉体，能大幅度提高合成树脂的抗冲击强度、表面硬度、韧性、表面光泽性；填充二氧化钛等纳米级金属氧化物粉体，能改善合成树脂的导电性能、介电性能；在合成树脂中填充某些纳米级无机物粉体能赋予合成树脂表面自洁性、耐污性，同时提高合成树脂的流动性能。
上述纳米级粉体填充合成树脂的专利文献已经很多，并且已经有相当的产业化规模。现代纳米材料的趋势是发展组装合成体系，即按照人的意识设计、组装、创造具有纳米颗粒分散体系或纳米微孔体系的纳米材料。其难点在于按照人的意识设计、组装、创造和纳米粉体在材料体系中颗粒分散尺寸，以及如何控制微孔的尺寸及分布。
纳米级粉体具有很高的比表面积，即具有很高的表面能，通常混合难以分散，它往往是以较大尺寸的聚集体分散在合成树脂中。纳米粉体难以以纳米尺寸分散于合成树脂中，从而所制成的材料也不是真正的纳米材料。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可控制材料微孔尺寸及分布的纳米级无机物填充合成树脂微孔材料。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：纳米级无机物填充合成树脂微孔材料，其特征在于，所述的微孔材料由纳米级无机物粉体、纳米级微孔骨架结构的无机物粉体与合成树脂及助剂组成，其组份及含量如下(重量％)：合成树脂5～80，纳米级无机物粉体2～50，纳米级微孔骨架结构的无机物粉体10～65，助剂4～25。
所述的纳米级无机物粉体选自纳米级滑石粉、纳米级碳酸钙粉体、纳米级硫酸钡粉体、纳米级硅藻土粉体、纳米级二氧化硅粉体、气相法二氧化硅中的一种或几种。
所述的纳米级微孔骨架结构的无机物粉体选自沉淀法二氧化硅。
所述的纳米级无机物粉体、纳米级微孔骨架结构的无机物粉体的比表面积大于400m2/g。
所述的合成树脂选自聚乙烯、聚丙烯、超高分子量聚乙烯，聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺、氯化聚乙烯中的一种。
所述的助剂包括抗氧剂、偶联剂、润湿剂、增塑剂、着色剂。
所述的抗氧剂可以是[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，所述的偶联剂可以是乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷，所述的润湿剂可以是离子型或非离子型表面活性剂，指脂肪醇聚氧乙烯醚或十二烷基硫酸钠，所述的增塑剂可以是邻苯二甲酸二丁酯。
微孔尺寸在50～100nm之间的所述微孔材料中加入的所述纳米级无机物粉体的比表面积为400～600m2/g，微孔尺寸在10～50nm之间的所述微孔材料中加入的所述纳米级无机物粉体的比表面积为600～800m2/g，微孔尺寸在1～10nm之间的所述微孔材料中加入的所述纳米级无机物粉体的比表面积为800m2/g以上。如果要求微孔材料的微孔尺寸在50nm～1000nm，则选用比表面积在400m2/g的纳米级滑石粉、纳米级碳酸钙、纳米级硫酸钡、纳米级二氧化硅、纳米级微孔骨架结构沉淀法二氧化硅和气相法二氧化硅，同时加入比表面积在200m2/g的滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、沉淀法二氧化硅和气相法二氧化硅等粉体
所述的微孔材料的微孔尺寸在0.5～100nm，拉伸强度3～20MPa。
与现有技术相比，本发明是以合成树脂为基料，通过选用不同比表面积的纳米级微孔骨架结构的无机物粉体和纳米级无机物粉体为成孔材料来控制材料的微孔尺寸，由这些粉体和合成树脂结合生成不同微孔尺寸的微孔材料。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
                                                        重量％
聚乙烯或聚丙烯                                          78
纳米碳酸钙粉体(比表面积400m2/g)                        5
纳米微孔沉淀法二氧化硅粉体(比表面积400m2/g)            13
[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯            2
乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷                           1
脂肪醇聚氧乙烯醚                                        1
以上配方制造的微孔材料，孔隙直径在50～100nm，体积孔隙率20％～50％，拉伸强度5～10MPa，横向断裂伸长率200～500％；如果将比表面积为400m2/g的粉体换为比表面积600m2/g或800m2/g的无机物粉体，则孔隙直径分别为10～50nm和1～10nm，体积孔隙率30～60％，拉伸强度分别为8～12MPa和10～15MPa，横向断裂伸长率300～600％。
实施例2
                                                        重量％
聚氯乙烯                                                40
纳米碳酸钙粉体(比表面积400m2/g)                        20
纳米微孔沉淀法二氧化硅粉体(比表面积400m2/g)            25
[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯            2
三(十二烷基苯磺酰氧基)钛酸异丙酯                        1
十二烷基硫酸钠                                          1
邻苯二甲酸二丁酯                                        11
以上配方制造的微孔材料，孔隙直径在50～100nm，体积孔隙率30％～60％，拉伸强度3～5MPa，横向断裂伸长率150～250％；如果将比表面积为400m2/g的粉体换为比表面积600m2/g或800m2/g的无机物粉体，则孔隙直径分别为10～50nm和1～10nm，体积孔隙率30～70％，拉伸强度分别为4～6MPa和5～7MPa，横向断裂伸长率200～300％。
实施例3
                                                      重量％
聚酰胺                                                20
纳米级碳酸钙粉体(比表面积400m2/g)                    50
纳米级微孔沉淀法二氧化硅粉体(比表面积400m2/g)        15
2，2′-亚甲基-二(4-甲基-6-叔丁基酚)                   2
苯胺甲基三乙氧基硅烷                                  1
甲苯磺酰胺                                            12
以上配方制造的纳米级无机物粉体填充合成树脂微孔材料，孔隙直径在50～100nm，体积孔隙率40％～80％，拉伸强度8～12MPa，横向断裂伸长率300～500％；如果将比表面积为400m2/g的粉体换为比表面积600m2/g或800m2/g的无机物粉体，则得到的纳米级无机物粉体填充合成树脂微孔材料的孔隙直径分别为10～50nm和1～10nm，体积孔隙率40～85％，拉伸强度分别为10～15MPa和13～18MPa，横向断裂伸长率400～600％。
实施例4
                                                      重量％
超高分子量聚乙烯                                      8
纳米级碳酸钙粉体(比表面积400m2/g)                    4
纳米微孔沉淀法二氧化硅粉体(比表面积400m2/g)          63
4，4′-硫代二(3-甲基-6-叔丁基苄)                      2
β-(3，4环氧环乙基)乙基三甲氧基硅烷                   1
脂肪醇聚氧乙烯醚                                      1
矿物油                                                19
碳黑                                                  2
以上配方制造的微孔材料，孔隙直径在50～100nm，体积孔隙率30％～80％，拉伸强度10～14MPa，横向断裂伸长率400～600％；如果将比表面积为400m2/g的粉体换为比表面积600m2/g或800m2/g的无机物粉体，则得到的纳米级无机物粉体填充合成树脂微孔材料的孔隙直径分别为10～50nm和1～10nm，体积孔隙率40～85％，拉伸强度分别为12～16MPa和15～18MPa，横向断裂伸长率500～700％。
实施例5
                                                     重量％
聚乙烯或聚丙烯                                       51
纳米级碳酸钙粉体(比表面积400m2/g)                   3
纳米微孔沉淀法二氧化硅粉体(比表面积400m2/g)         24
滑石粉(比表面积200m2/g)                             8
2，2′-亚甲基-二(4-甲基-6-环己烷基酚)                2
β-(3，4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷                  1
十二烷基苯磺酸钠                                     1
磷酸三丁酯                                           8
碳黑                                                 2
以上配方制造的微孔材料，孔隙直径在50～1000nm，体积孔隙率20％～50％，拉伸强度2～5MPa，横向断裂伸长率150～250％；如果将比表面积为400m2/g的粉体换为比表面积600m2/g或800m2/g的无机物粉体，则孔隙直径分别为10～1000nm和1～1000nm，体积孔隙率30～60％，拉伸强度分别为4～5MPa和5～6MPa，横向断裂伸长率200～300％。
本发明中，纳米级微孔骨架结构的无机物粉体和纳米级无机物粉体的选择是根据设计的纳米微孔材料的性能进行的，其中最主要的是根据微孔材料的孔隙直径和材料的孔隙率选择纳米级微孔骨架结构的无机物粉体和纳米无机物粉体，如果要求纳米微孔材料的微孔在50nm～100nm，则选用比表面积在400m2/g的纳米滑石粉、纳米碳酸钙、纳米硫酸钡、纳米二氧化硅、纳米微孔骨架结构沉淀法二氧化硅和气相法二氧化硅等粉体；如果要求微孔在10nm～50nm，则选用比表面积在600m2/g的纳米级滑石粉、纳米级碳酸钙、纳米级硫酸钡、纳米级二氧化硅、纳米级微孔骨架结构沉淀法二氧化硅和气相法二氧化硅等粉体；如果要求微孔尺寸在1nm～10nm，则选用比表面积在800m2/g的纳米级滑石粉，纳米级碳酸钙、纳米级硫酸钡、纳米级二氧化硅、纳米级微孔骨架结构沉淀法二氧化硅和气相法二氧化硅等粉体。

Claims (7)

1.纳米级无机物填充合成树脂微孔材料，其特征在于，所述的微孔材料由纳米级无机物粉体、纳米级微孔骨架结构的无机物粉体与合成树脂及助剂组成，其组份及重量％含量如下：合成树脂5～80，纳米级无机物粉体2～50，纳米级微孔骨架结构的无机物粉体10～65，助剂4～25；所述的纳米级微孔骨架结构的无机物粉体选自沉淀法二氧化硅；所述的纳米级无机物粉体、纳米级微孔骨架结构的无机物粉体的比表面积大于400m2/g。
2.根据权利要求1所述的纳米级无机物填充合成树脂微孔材料，其特征在于，所述的纳米级无机物粉体选自纳米级滑石粉、纳米级碳酸钙粉体、纳米级硫酸钡粉体、纳米级硅藻土粉体、纳米级二氧化硅粉体、气相法二氧化硅中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的纳米级无机物填充合成树脂微孔材料，其特征在于，所述的合成树脂选自聚乙烯、聚丙烯、超高分子量聚乙烯，聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺、氯化聚乙烯中的一种。
4.根据权利要求1所述的纳米级无机物填充合成树脂微孔材料，其特征在于，所述的助剂包括抗氧剂、偶联剂、润湿剂、增塑剂、着色剂。
5.根据权利要求4所述的纳米级无机物填充合成树脂微孔材料，其特征在于，所述的抗氧剂是[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，所述的偶联剂是乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷，所述的润湿剂是离子型或非离子型表面活性剂，其中离子型表面活性剂为十二烷基硫酸钠，非离子型表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述的增塑剂是邻苯二甲酸二丁酯。
6.根据权利要求1所述的纳米级无机物填充合成树脂微孔材料，其特征在于，微孔尺寸在50～100nm之间的所述微孔材料中加入的所述纳米级无机物粉体的比表面积为400～600m2/g，微孔尺寸在10～50nm之间的所述微孔材料中加入的所述纳米级无机物粉体的比表面积为600～800m2/g，微孔尺寸在1～10nm之间的所述微孔材料中加入的所述纳米级无机物粉体的比表面积为800m2/g以上。
7.根据权利要求1所述的纳米级无机物填充合成树脂微孔材料，其特征在于，所述的微孔材料的微孔尺寸在0.5～100nm，拉伸强度3～20MPa。
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