DE602004011823T2 - Polymer-nanoverbundwerkstoffe und herstellungsverfahren dafür - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft im allgemeinen Polymer-Nanoverbundwerkstoffe, die ein unbehandeltes Phyllosilicat, ein Polycarbonat-Copolymermittel, ein Quellmittel und ein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Copolymer umfassen. Desweiteren betrifft die Offenbarung Verfahren zur Herstellung und Verwendung dieser Polymer-Nanoverbundwerkstoffe, welche wiederum nützlich sind zur Herstellung von Artikeln.
  • Ein Nanoverbundwerkstoff kann definiert werden als eine wechselwirkende Mischung aus zwei oder mehr Phasen, von denen eine in mindestens einer Dimension im Nanometergrößenbereich liegt. Es wird geglaubt, daß das Vorhandensein der nanoskopischen Komponente zu einzigartigen Eigenschaften und technologischen Möglichkeiten führt.
  • Nanoverbundwerkstoffmaterialien, die Polymer- und anorganische Materialien umfassen, haben viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da die Eigenschaften von Polymeren weiter über das hinaus verbessert sind, was mit konventionelleren partikulärgefüllten Verbundwerkstoffen erreichbar ist. Geschichtete Silikate vom Glimmererde-Typ wurden verwendet als anorganische Verstärkungen für Polymergrundmassen (Polymermatrices), wie zum Beispiel Polyamide, um Polymer-Nanoverbundwerkstoffe mit einer Dispersion der anorganischen Phase innerhalb der Polymergrundmasse im Nanobereich zu erzeugen. Jedoch ist die Ausbildung von Nanoverbundwerkstoffen, die Polyorganosiloxan- Polycarbonat-Copolymere und anorganische Tonerden (oder Silikate) umfassen, ein schwieriges Verfahren, hauptsächlich aufgrund der Inkompatibilität zwischen der Tonerde und den Polycarbonat und/oder den Polyorganosiloxanbereichen. Demzufolge kann das Polycarbonat und/oder das Polyorganosiloxan nicht zwischen den Tonerdeschichten diffundieren. Übliche Herangehensweisen des Schmelzmischens und des Lösungsmischens des Polyorganosiloxan-Polycarbonats und der anorganischen Tonerde können nicht zur Bildung von exfolierten Nanoverbundwerkstoffen führen.
  • Es wäre daher wünschenswert Polymer-Nanoverbundwerkstoffe, die Polycarbonat-Polyorganosiloxan-Copolymere umfassen, zu identifizieren und herzustellen, so daß die Nanoverbundwerkstoffe verbesserte Funktionscharakteristika haben, wie zum Beispiel eine Kombination aus Zugmodul und Nidertemperaturdehnbarkeit, Zugmodul und Schmelzvolumenrate und dergleichen.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG
  • Hierin offenbart ist ein Polymer-Nanoverbundwerkstoff, der ein unbehandeltes Phyllosilicat, ein Delaminierungsmittel, ein Quellmittel und ein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Copolymer umfaßt.
  • In einer anderen Ausführungsform umfaßt ein Artikel einen Polymer-Nanoverbundwerkstoff, worin der Nanoverbundwerkstoff mindestens ein delaminiertes Phyllosilicat, ein Polycarbonat-Polymer mit niederem Gewichtsmittel-Molekulargewicht; und ein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer umfaßt; worin der Artikel mindestens eines von folgendem hat: ein Zugmodul von größer als oder gleich 105 Prozent, wie in Übereinstimmung mit dem ISO 527 Verfahren gemessen, relativ zu einem anderweitig ähnlichen Artikel, der frei ist von dem delaminierten Phyllosilicat und dem Polycarbonat-Polymer mit niederem Gewichtsmittel-Molekulargewicht; eine Dehnungsbruchtemperatur von größer als oder gleich 20°C, wie in Übereinstimmung mit dem ASTM D256 Verfahren mit einem 11 Joule Hammer gemessen; und einer Schmelzvolumenrate von größer als oder gleich 110 Prozent, wie in Übereinstimmung mit den ASTM D1238 Verfahren gemessen, relativ zu einem anderweitig ähnlich geformten Artikel, welcher frei ist von dem delaminierten Phyllosilicat und dem Polycarbonatpolymer mit niedrigem Gewichtsmittel-Molekulargewicht.
  • In wiederum einer anderen Ausführungsform umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines Polymer-Nanoverbundwerkstoffs folgendes: In-Kontakt-Bringen eines unbehandelten Phyllosilicats mit einem Delaminierungsmittel gewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Organooniumsalz, einer Gruppe IV organometallischen Verbindung, und einem Imidazoliumsalz in einem ersten Lösungsmittel; Verdampfen des ersten Lösungsmittels, um ein delaminiertes Phyllosilicat herzustellen, In-Kontakt-Bringen des delaminierten Phyllosilicats mit einem Quellmittel in einem zweiten Lösungsmittel, um ein Organotonerdeprodukt herzustellen, und Schmelzmischen des Organotonerdeprodukts mit einem thermoplastischen Polymer umfassend ein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Copolymer, um den Polymer-Nanoverbundwerkstoff zu erzeugen.
  • Die vorliegende Offenbarung kann leichter verstanden werden durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung der verschiedenen Merkmale der Offenbarung und der darin eingeschlossenen Beispiele.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Hierin offenbart sind Polymer-Nanoverbundwerkstoffe, die im allgemeinen ein unbehandeltes Phyllosilicat, ein Delaminierungsmittel, ein Quellmittel und ein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Copolymer umfassen. Für die Zwecke dieser Offenbarung ist der Ausdruck "unbehandeltes Phyllosilicat" hiernach definiert als ein Phyllosilicat, das kein Delaminierungsmittel umfaßt. Das Material, das aus dem Einschluß eines Delaminierungsmittels in ein unbehandeltes Phyllosilicat resultiert, wird ein "delaminiertes Phyllosilicat" genannt. Wenn ein Quellmittel zu einem delaminierten Phyllosilicat hinzugefügt wird, wird das resultierende Material eine "Organotonerdezusammensetzung" genannt.
  • Der Ausdruck "Hydrocarbyl", wie hierin verwendet, soll aromatische Gruppen und aliphatische Gruppen, wie zum Beispiel Alkylgruppen, bezeichnen. Der Ausdruck "Alkyl", wie hierin verwendet, soll geradekettige Alkyle, verzweigte Alkyle, Aralkyle, Cycloalkyle und Bicycloalkylgruppen bezeichnen. Geeignete veranschaulichende, nicht einschränkende Beispiele für aromatische Gruppen schließen zum Beispiel substituierte und unsubstituierte Phenylgruppen ein. Die geradekettigen und verzweigten Alkylgruppen schließen als veranschaulichende, nicht einschränkende Beispiele Methyl, Etyhl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, sec-Butyl, tertiäres-Butyl, Pentyl, Neopentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl und Dodecyl ein. In verschiedenen Ausführungsformen sind die dargestellten Cycloalkylgruppen diejenigen, die ungefähr 3 bis 12 Ringkohlenstoffatome enthalten. Einige veranschaulichende, nicht einschränkende Beispiele für diese Cycloalkylgruppen schließen Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Methylcyclohexyl und Cycloheptyl ein. In verschiedenen anderen Ausführungsformen sind Arylgruppen diejenigen, die 7 bis 14 Kohlenstoffatome enthalten; diese schließen ein, sollen aber nicht beschränkt sein auf Benzyl, Phenylbutyl, Phenylpropyl und Phenylethyl. In verschiedenen anderen Ausführungsformen sollen aromatische Gruppen monocyclische oder polycyclische Teile bezeichnen, die ungefähr 6 bis 12 Ringkohlenstoffatome enthalten. Diese Arylgruppen können auch eines oder mehrere Halogenatome oder Alkylgruppen substituiert auf den Ringkohlenstoffen enthalten. Einige veranschaulichende nicht einschränkende Beispiele dieser aromatischen Gruppen schließen Phenyl, Halophenyl, Biphenyl und Naphthyl ein.
  • Geeignete unbehandelte Phyllosilicate haben im allgemeinen Blatt-ähnliche Strukturen, teilweise aufgrund des Vorhandenseins von Ringen aus Tetraedern verbunden durch Sauerstoffatome, und die sich andere Ringe in einer zweidimensionalen Ebene teilen. Schichten von Kationen, wie zum Beispiel Natriumionen verknüpfen die Blatt-ähnlichen Strukturen. Die Kationen sind schwach gebunden und umgeben von neutralen Molekülen, wie zum Beispiel Wassermolekülen. Das Silizium zu Sauerstoff-Verhältnis in den unbehandelten Phyllosilicaten ist im allgemeinen von 1:1 bis 2,5:1. Beispiele für unbehandelte Phyllosilicate schließen ein, sollen aber nicht beschränkt sein auf Apophyllit, Bannisterit, Carletonit, Cyvansit und Chrysocolla; die Tonerdegruppe von Phyllosilicaten, Delhayelit, Elpidit, Fedorit, Franklinfurnaceit, Gonyerit, Gyrolit, Leucosphenit; die Glimmererdegruppe von Phyllosilicaten, Minehillit, Nordit, Pentagonit, Petalit, Prehnit, Rhodesit, Sanornit; und die Serpentingruppe von Phyllosilicaten. Beispiele für die Tonerdegruppe von Phyllosilicaten schließen Chlorit-Tonerden ein, wie zum Beispiel Baileychlor, Chamosit, allgemeine Kategorien von Chloritmineral, Cokeit, Nimit, Pennantit, Penninit und Sudoit; Glauconit, Illit, Kaolinit, Montmorillonit, Palygorskit, Pyrophyllit, Sauconit, Talkum und Vermiculit. Beispiele für die Glimmererdegruppe von unbehandelten Phyllosilicaten schließen Biotit, Lepidolit, Muscovit, Paragonit, Phlogopit und Zinnwaldit ein. Geeignete Serpentinphyllosilicate schließen diejenigen ein, die eine Struktur haben, welche aus Schichten von Silikattetraedern zusammengesetzt sind, zu Blättern verbunden mit Schichten von Magnesiumhydroxid, zwischen die Silikatblätter eingestreut. Einige nicht einschränkende Beispiele für Serpentinphyllosilicate schließen folgende ein: Antigorit ((Mg, Fe)3Si2O5(OH)4, mit einer monoklinen Struktur); Clinochrysotil (Mg3Si2O5(OH)5 , mit einer monoklinen Sturktur); Lizardit (Mg3Si2O5 (OH)4, mit entweder einer trigonalen oder einer hexagonalen Sturktur); Orthochrysotil (Mg3Si2O5(OH)4, mit einer orthorhombischen Struktur); und Parachrysotil ((Mg, Fe)2Si2O5(OH)4, mit einer orthorhombischen Sturktur). Nicht einschränkende Beispiele für unbehandelte Phyllosilicate, die insbesondere geeignet sind für die Organotonerdezusammensetzungen, schließen mindestens ein unbehandeltes Phyllosilicat ein, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Allevardit, Amesit, Hectorit, Fluorohectorit, Saponit, Beidellit, Talkum, Montmorillonit, Smectit, Illit, Sepiolit, Palygorskit, Muscovit, Nontronit, Stevensit, Bentonit, Glimmererde, Vermiculit, Fluorovermiculit, Halloysit, eine Serpentintonerde, und eine Fluor-enthaltende synthetische Vielfalt von Talkum. Ein Beispiel für ein kommerziell erhältliches Phyllosilicat ist CLOISITE® 30B, welches von Southern Clay Products, Inc., erworben werden kann.
  • Unbehandelte Phyllosilicate haben im allgemeinen eine Zwischenschicht von austauschbaren Kationen, wie zum Beispiel Na+, Ca2+, K+, Mg2+. Die Zwischenschicht-Kohäsionsenergie ist relativ stark, und deshalb wird sie den Eintritt von organischen Polymermolekülen zwischen die. Phyllosilicatschichten nicht erlauben. Geeignete Delaminierungsmittel können diese Zwischenschichtdistanz erhöhen, wodurch der Einschluß von Polymermolekülen erleichtert wird. Die Delaminierungsmittel dienen auch dazu, die Phyllosilicatzwischenschichten mit dem Quellmittel und/oder den Polymermolekülen kompatibel zu machen.
  • Geeignete Delaminierungsmittel sind gewählt aus der Gruppe bestehend aus Organooniumsalzen, Imidazoliumsalzen und Gruppe IV organometallischen Verbindungen. Die Organoonium-Delaminierungsstoffe schließen folgende ein: Organooniumsalze, wie zum Beispiel primäre, sekundäre, tertiäre, und quaternäre Ammonium, Phosphonium und Sulfoniumderivate von aliphatischen, aromatischen oder arylaliphatischen Aminen, Phosphinen bzw. Sulfiden. Geeignete Organooniumsalze können im allgemeinen dargestellt werden durch die Formel (I): {(R1)fZ+R2}X–, (I)worin R1 unabhängig ein Wasserstoff oder ein Hydrocarbylradikal umfaßt; "Z" umfaßt Stickstoff, Phosphor oder Sauerstoff, "f" ist eine ganze Zahl, die die Valenz von "Z" darstellt, R2 ist ein organisches Radikal, und X ist ein monovalentes Anion. Geeignete Beispiele für X schließen Chlorid, Bromid, Fluorid, Acetat ein.
  • Die Organophosphonium, Organoammonium und Organosulfphoniumsalze von Formel (I) können hergestellt werden aus entsprechenden Phosphinen, Aminen bzw. Sulfiden, durch Verwenden von Verfahren, die im Fachgebiet allgemein bekannt sind. Nicht einschränkende Beispiele für "R1" schließen substituierte und unsubstituierte Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Alkaryl und Aralkylradikale ein. Die "R1" Gruppen können dasselbe sein oder unterschiedlich. Nicht einschränkende Beispiele für das organische Radikal "R2" schließen substituiertes und unsubstituiertes Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Alkaryl und Aralkyl ein. Wenn "R2" ein substituiertes Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Alkaryl und Aralkyl ist, ist der Substituent gewählt aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkylamino, Dialkylamino, Nitro, Azido, Alkenyl, Alkoxy, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Alkanoyl, Alkylthio, Alkyl, Aryloxy, Aralkylamino, Alkarylamino, Arylamino, Diarylamino, Aryl, Alkylsulfinyl, Aryloxy, Alkylsulfinyl, Alkylsulfonyl, Arylthio, Arylsulfinyl, Alkoxycarbonyl, Arylsulfonyl, Alkylsilan und Gruppen der Formeln (II) und (III):
    Figure 00070001
    worin R3 gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkyl und Aryl; "q" ist eine ganze Zahl größer als oder gleich eins, R4 ist Alkyl, Cycloalkyl oder Aryl und "Y" ist Sauerstoff oder NR5, worin R5 gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkyl, Aryl, und Alkylsilan. Spezifische Beispiele für "R2" Gruppen schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Wasserstoff, Alkylgruppen, wie zum Beispiel Methyl, Ethyl, Octyl, Nonyl, tert-Butyl, Neopentyl, Isopropyl, sec-Butyl, Dodecyl; Alkenylgruppen, wie zum Beispiel 1-Propenyl, 1-Butenyl, 1-Pentenyl, 1-Hexenyl, 1-Heptenyl, 1-Octenyl und dergleichen; Alkoxygruppen, wie zum Beispiel Propoxy, Butoxy, Methoxy, Isopropoxy, Pentyloxy, Nonyloxy, Ethoxy, Octyloxy und dergleichen; Cycloalkenylgruppen, wie zum Beispiel Cyclohexenyl, Cyclopentenyl und dergleichen; Alkanoylalkylgruppen, wie zum Beispiel Butanoyloctadecyl, Pentanoylnonadecyl, Octanoylpentadecyl, Ethanoylundecyl, Propanoylhexadecyl und dergleichen; Amino; (Alkylamino)alkylgruppen, wie zum Beispiel Methylaminooctadecyl, Ethylaminopentadecyl, Butylaminononadecyl, Dialkylaminoalkyl, wie zum Beispiel Dimethylaminooctadecyl, Methylethylaminononadecyl und dergleichen; (Arylamino)alkylgruppen, wie zum Beispiel (Phenylamino)octadecyl, (p-Methylphenylamino)nonadecyl; (Diarylamino)alkylgruppen, wie zum Beispiel (Diphenylamino)pentadecyl, (p-Nitrophenyl-p'-methylphenylamino)octadecyl und dergleichen; und (Alkarylamino)alkyl, wie zum Beispiel (2-Phenyl-4-methylamino)pentadecyl. Nicht einschränkende Beispiele für Schwefel-enthaltende "R2" Gruppen schließen folgende ein: (Butylthio)octadecyl, (Neopentylthio=pentadecyl, (Methylsulfinyl)nonadecyl, (Benzylsulfinyl)pentadecyl, (Phenylsulfinyl)octadecyl, (Propylthio)octadecyl, (Octylthio)pentadecyl, (Nonylsulfonyl)nonadecyl, (Octylsulfonyl)hxadecyl, (Methylthio)nonadecyl, (Isopropylthio)octadecyl, (Phenylsulfonyl)pentadecyl, (Methylsulfonyl)nonadecyl, (Nonylthio)pentadecyl, (Phenylthio)octadecyl, (Ethylthio)nonadecyl, (Benzylthio)undecyl, (Phenethylthio)pentadecyl, (sec-Butylthio)octadecyl, (Naphthylthio)undecyl und dergleichen. Nicht einschränkende Beispiele für "R2" Gruppen schließen weiter ein: (Alkoxycarbonyl)alkylgruppen, wie zum Beispiel (Methoxycarbonyl)ethyl, (Ethoxycarbonyl)ethyl, (Butoxycarbonyl)methyl und dergleichen; Cycloalkylgruppen, wie zum Beispiel Cyclohexyl, Cyclopentyl, Cyclooctyl, Cycloheptyl und dergleichen; Alkoxyalkyl, wie zum Beispiel Methoxymethyl, Ethoxymethyl, Butoxymethyl, Propoxyethyl, Pentoxybutyl; Aryloxyalkyl und Aryloxyarylgruppen, wie zum Beispiel Phenoxyphenyl, Phenoxymethyl und dergleichen; Aryloxyalkylgruppen, wie zum Beispiel Phenoxydecyl und Phenoxyoctyl; Arylalkylgruppen, wie zum Beispiel Benzyl, Phenethyl, 8-Phenyloctyl und 10-Phenyldecyl; Alkylarylgruppen, wie zum Beispiel 3-Decylphenyl, 4-Octylphenyl und 4-Nonylphenyl. Nicht einschränkende Beispiele für "R2" umfassend Gruppen der Formeln (II) und (III), schließen substituierte und unsubstituierte Polyethylenglykole, Polypropylenglykole und Polyethylenamine, Polyethylenimine und Polypropylenimine ein. Jede Mischung, die zwei oder mehr Verbindungen umfaßt, gewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Organophosphoniumsalz, einem Organoammoniumsalz, und einem Organosulphoniumsalz, kann auch verwendet werden.
  • Substituierte und unsubstituierte Imidazoliumsalze können auch als wirksame Delaminierungsmittel funktionieren. Ein beispielhaftes Imidazoliumsalz hat die allgemeine Formel (IV):
    Figure 00090001
    worin R6, R7 und R8 unabhängig gewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff und C1-C20 Alkylgruppen; und X ist ein monovalentes Anion. Beispiele für das monovalente Anion schließen Halogenidanionen wie zum Beispiel Chlorid, Bromid und Fluorid; Tetrafluoroborat, Hexafluorophosphat, bis (Trifluormethylsulfonyl)amido (N(SO3CF3)2) ein. Spezifische, nicht einschränkende Beispiele für Imidazoliumsalze schließen 1,2-Dimethyl-3-propylimidazoliumchlorid, 1,2-Dimethyl-3-butylimidazoliumchlorid, 1,2-Dimetyhl-3-decylimidazoliumchlorid, 1,2-Dimethyl-3-hexadecylimidazoliumbromid, 1,2-Dimethyl-3-eicosylimidazoliumbromid, 1,2-Dimethyl-3-propylimidazoliumtetrafluorborat, 1,2-Dimethyl-3-hexadecylimidazoliumtetrafluorborat, 1,2-Dimethyl-3-eicosylimidazoliumtetrafluorborat, 1,2-Dimethyl-3-butylimidazoliumhexafluorphosphat, 1,2-Dimethyl-3-decylimidazoliumhexafluorphosphat und 1,2-Dimethyl-3-hexadecylimidazoliumhexafluorophosphat ein. Die Imidazoliumtetrafluoroborat- und Hexafluorophosphatsalze sind typischerweise stabiler (ihre Zersetzungsbeginntemperatur ist in dem Bereich von ungefähr 375°C bis 425°C) als die entsprechenden Halogenidsalze, welche im allgemeinen Zersetzungsbeginntemperaturen in dem Bereich von ungefähr 225°C bis 275°C haben.
  • Die Organophosphoniumsalze und Imidazoliumsalze sind vorteilhaft darin, daß sie im allgemeinen thermisch stabiler sind als die Organoammoniumsalze und die Organosulfoniumsalze.
  • Gruppe IV organometallische Delaminierungsmittel haben die Formel (V): (R9)nM(R10O)4-n, (V)worin "M" ein Gruppe IV Element ist, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Silizium, Titan und Zirkonium; R9 und R10 umfassen unabhängig organische Gruppen; und "n" hat einen Wert von 0 bis 2. Der Ausdruck "organische Gruppe" soll alle Typen von organischen Gruppen einschließen, die Kohlenstoff und Wasserstoff umfassen, und zusätzlich diejenigen, die Heteroatome umfassen, wie zum Beispiel Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor, Bor, Aluminium, und dergleichen. In einer Ausführungsform ist das Gruppe IV Element gewählt aus der Gruppe bestehend aus Silizium, Titan und Zirkonium. Organogermanium- und Organozinnverbindungen, die unter die Formel (V) fallen, können auch verwendet werden. Solche organometallischen Verbindungen können hergestellt werden durch eine Vielfalt von Verfahren, die im Fachgebiet bekannt sind. Eine riesige Gruppe dieser organometallischen Verbindungen ist im Fachgebiet bekannt. Beispiele für Organosiliziumverbindungen der Formel (V) schließen ein, sollen aber nicht beschränkt sein auf die symmetrisch und unsymmetrisch substituierten Tetraalkylorthosilicate, Tetraalkylorthotitanate und Tetraalkylorthozirkonate. Nicht einschränkende Beispiele für die Orthosilicatklasse von Verbindungen schließen folgende ein: Tetraethylorthosilicat, tetra(n-Propyl)orthosilicat, Tetraisopropylorthosilicat, Tetratetrabutylorthosilicat, Tetrakis(dimethylsilyl)orthosilicat, Tetraphenylorthosilicat, Tetraethylorthotitanat, Tetramethylorthotitanat, Tetraisopropylorthotitanat, Trimetyhlaluminat, Triethylaluminat, tri(n-Propyl)aluminat, tri(Isopropyl)aluminat, tri(n-Butyl)aluminat, tri(sec-Butyl)aluminat, tri(tert-Butyl)aluminat, Tetramethylzirkonat, Tetraethylzirkonat und Tetrapropylzirkonat. In einer anderen Ausführungsform können das Tetraalkylorthosilicat, Tetraalkylorthotitanat und Tetraalkylorthozirkonat auch andere funktionelle Gruppen haben, wie zum Beispiel Hydroxygruppen, wie beispielhaft dargestellt durch Tetrakis(2-Hydroxyethyl)orthosilicat, Tetrakis(2-Hydroxypropyl)orthosilicat und dergleichen. Jede Mischung aus zwei oder mehreren solcher Verbindungen kann auch verwendet werden. In einigen Ausführungsformen umfassen die organischen Gruppen R9 und/oder R10 ein Siloxanfragment.
  • Andere geeignete Gruppe (IV) organometallischen Verbindungen schließen oligomere und polymere Polyalkoxysiloxanverbindungen ein, wie zum Beispiel lineare, verzweigte und hyperverzweigte Polyalkoxysiloxane. Hyperverzweigte Polyalkoxysiloxane, zum Beispiel, können leicht hergestellt werden durch kontrollierte partielle Hydrolyse von Tetraalkoxysilanen. Kontrollierte Hydrolyse von (Organyl)trialkoxysilanen bewirkt auch eine breite Klasse von Poly(organyl)alkoxysiloxanen, die als geeignete Delaminierungsmittel dienen können. Andere nicht einschränkende Beispiele für Gruppe (IV) organometallische Verbindungen, die verwendet werden können, schließen die Organo(trialkoxy)silane und die Diorgano(dialkoxy)silane ein. Nicht einschränkende Beispiele für Organo(trialkoxy)silane schließen Metyhltrimethoxysilan, Ethyltrimethoxysilan, (3-Mercaptopropyl) trimethoxysilan, Dimethyldimethoxysilan ein. Alkoxymetallverbindungen von Silizium und Titan sind bevorzugte Verbindungen, da diese leicht hergestellt werden durch Verfahren, die im Fachgebiet wohl bekannt sind oder kommerziell erhältlich sind, wie zum Beispiel die TYZOR Serie von Titanalkoxyverbindungen, die von DuPont erhältlich sind.
  • Die Polymer-Nanoverbundwerkstoffe schließen weiter ein Quellmittel für die Interkalation und/oder Exfoliation mit dem unbehandelten Phyllosilicat ein. In einem unbehandelten Phyllosilicat ist der Zwischenschichtabstand (d. h. der Abstand zwischen den einzelnen Blatt-ähnlichen Strukturen, die jede Schicht umfaßt) im allgemeinen ungefähr 4 bis 10 Nanometer, und manchmal von ungefähr 10 bis 15 Nanometer. Aber wenn das unbehandelte Phyllosilicat mit einem Delaminierungsmittel behandelt wird, wie zum Beispiel einem Organooniumsalz oder einer Gruppe (IV) organometallischen Verbindung, steigt der Zwischenschichtabstand weiter an. Zum Beispiel ergibt das Behandeln eines unbehandelten Phyllosilicats mit einem Tetraorganoammoniumsalz als dem Delaminierungsmittel ein delaminiertes Phyllosilicat, wo der Zwischenschichtabstand auf ungefähr 15 bis 20 Nanometer ansteigt. Die weitere Behandlung des delaminierten Phyllosilicats mit einem Quellmittel führt zu dem Einschluß des Quellmittels zwischen die Phyllosilicatschichten, worin die Blatt-ähnlichen Schichten weiter auf ungefähr 30 bis ungefähr 40 Nanometer getrennt werden.
  • In einer Ausführungsform ist das Quellmittel mindestens eine Verbindung gewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Epoxyverbindung, einem Polycarbonatpolymer mit niedrigem Gewichtsmittel-Molekulargewicht, einem oligomeren Polyester, einem oligomeren Polyamid, einem oligomeren Polyether, einem oligomeren Polyesteramid, einem oligomeren Polyetherimid, einem oligomeren Polyimid, einem oligomeren Polyestercarbonat, einem oligomeren Polycarbonat-Polyorganosiloxan-Copolymer, und phenolischen Resolen. Für die Zwecke dieser Offenbarung beziehen sich die Oligomere auf Verbindungen mit von ungefähr 3 bis 15 Wiederholungseinheiten abgeleitet von den entsprechenden Monomeren oder Comonomeren. Zum Beispiel würde sich ein oligomerer Polyester auf Materialien beziehen, die von ungefähr 3 bis 15 der Polyesterwiederholungseinheiten haben. Polycarbonate mit geringem Gewichtsmittel-Molekulargewicht beziehen sich auf Polycarbonate, die von ungefähr 3 bis 15 Wiederholungseinheiten haben, die abgeleitet sind von dem Carbonatester und dem aromatischen Bisphenol. Polycarbonatoligomere mit geringem Gewichtsmittel-Molekulargewicht und Epoxyverbindungen sind besonders wirksame Quellmittel auf Grund ihrer niedrigen Kosten und ihrer leichten Verfügbarkeit. Das Polycarbonat mit geringem Molekulargewicht hat vorzugsweise ein Gewichtsmittel-Molekulargewicht von weniger als 20.000 Dalton in einer Ausführungsform, von ungefähr 2.000 bis 15.000 Dalton in einer anderen Ausführungsform, und von ungefähr 3.000 bis 8.000 Dalton in wiederum einer anderen Ausführungsform.
  • Alle Molekulargewichte, auf die durch diese Offenbarung hindurch Bezug genommen wird, werden gemessen in Bezug auf einen Polystyren-Standard in einem Chloroform-Lösungsmittel unter Verwendung von Gelpermeations-Chromatographie (GPC).
  • Das Polycarbonat mit geringem Gewichtsmittel-Molekulargewicht ist abgeleitet von mindestens einem aromatischen Bisphenol, mindestens einem aliphatischen Diol, oder Kombinationen aus mindestens einem aromatischen Bisphenol und mindestens einem aliphatischen Diol. In anderen Ausführungsformen ist das Polycarbonat mit geringem Gewichtsmittel-Molekulargewicht eines, das abgeleitet ist von mindestens einem Bisphenol, gewählt aus der Gruppe bestehend aus 4,4'-(3,3,5-Trimethylcyclohexyliden)diphenol, 4,4'-bis(3,5-Dimethyl)diphenol, 1,1-bis(4-hydroxy-3-methylphenyl)cyclohexan, 4,4-bis(4-Hydroxyphenyl)heptan, 2,4'-Dihydroxydiphenylmethan, bis(2-Hydroxyphenyl)methan, bis(4-Hydroxyphenyl)methan, bis(4-Hydroxy-5-nitrophenyl)methan, bis (4-Hydroxy-2,6-dimethyl-3-methoxyphenyl)methan, 1,1-bis(4-Hydroxyphenyl)ethan, 1,1-bis(4-hydroxy-2-chlorphenyl)ethan, 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)propan, 2,2-bis(3-Phenyl-4-hydroxyphenyl)propan, 2,2-bis(4-Hydroxy-3-methylphenyl)propan, 2,2-bis(4-Hydroxy-3-ethylphenyl)propan, 2,2-bis(4-Hydroxy-3-iropropylphenyl)propan, 2,2-bis(4-Hydroxy-3,5-dimethylphenyl)propan, 2,2-bis(3,5,3',5'-Tetrachlor-4,4'-dihydroxyphenyl)propan, bis(4-Hydroxyphenyl)cyclohexylmethan, 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)-1-phenylpropan, 2,4'-Dihydroxyphenylsulfon, 2,6-Dihydroxynaphthalen, Hydrochinolin, Resorcinol, C1-13 Alkyl-substituiertes Resorcinol, 3-(4-Hydroxyphenyl)-1,1,3-trimethylindan-5-ol, 1-(4-Hydroxyphenyl)-1,3,3-trimethylindan-5-ol, 2,2,2',2'-Tetrahydro-3,3,3',3'-tetramethyl-1,1'-spirobi[1H-inden]-6,6'-diol, 1-Methyl-1,3-bis(4-hydroxyphenyl)-3-isopropylcyclohexan, 1-Methyl-2-(4-hydroxyphenyl)-3-[1-(4-hydoxyphenyl)isopropyl]cyclohexan und Kombinationen daraus; und Kombinationen, die mindestens eines der zuvor genannten Bisphenole umfassen.
  • In einer anderen Ausführungsform schließen Polycarbonate mit geringem Gewichtsmittel-Molekulargewicht auch diejenigen ein, die unter Verwendung von festen aliphatischen Diolen hergestellt wurden, wie zum Beispiel 1,4; 3,6-Dianhydro-D-glucitol (auch manchmal als „Isosorbit" bezeichnet) als Monomere oder Co-Monomere. Isosorbit gehört zu der Familie der Hexahydro-furan-(3,2-b)-furan-3,6-diole. Andere nicht einschränkende Beispiele für solche festen aliphatischen Diole schließen 1,4; 3,6-Dianhydro-D-mannitol, und 1,4; 3,6-Dianhydro-L-iditol ein. Diese oligomeren Polycarbonate können durch Verfahren hergestellt werden, wie zum Beispiel Grenzflächen- und Schmelzpolymerisations-Techniken.
  • Bisphenol A Homopolycarbonate mit einem Gewichtsmittel-Molekulargewicht von ungefähr 3.000 bis 8.000 Dalton sind besonders wirksame Quellmittel, um Polymer-Nanoverbundwerkstoffe und geformte Artikel daraus herzustellen.
  • Die Polycarbonatoligomere mit geringem Gewichtsmittel-Molekulargewicht können durch Verfahren hergestellt werden, die im Fachgebiet bekannt sind, wie zum Beispiel durch Reaktion von aromatischen Bisphenolen mit Phosgen, unter Verwendung eines Grenzflächen-Polykondensationsverfahrens; durch Polykondensation eines aromatischen Bisphenol-abgeleiteten Bischlorformiats mit einem aromatischen Bisphenol oder einem aliphatischen Diol, oder eines aliphatischen Diol-abgeleiteten Bischlorformiats mit einem aliphatischen oder einem aromatischen Bisphenol, wie zum Beispiel die Reaktion von Bisphenol A Bischlorformiat mit Bisphenol A; und durch Schmelzpolykondensation von Diarylcarbonaten mit aromatischen Bisphenolen in der Anwesenheit eines geeigneten Polykondensationskatalysators. Desweiteren können die Polycarbonate, die durch die oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, Hydroxy, Aryloxy, oder Chlorformiat-Endgruppen haben. In einer besonderen Ausführungsform können Polycarbonatoligomere, hergestellt unter Verwendung der Schmelzpolykondensation von aromatischen Bisphenolen mit aktivierten Diarylcarbonaten, welche Elektronen-abziehende Gruppen haben, wie zum Beispiel bis(Methylsalicyl)carbonat, als Quellmittel verwendet werden.
  • Ein breiter Bereich von Epoxyverbindungen kann auch als wirksame Quellmittel funktionieren. Die Epoxyverbindung kann entweder ein monomeres Molekül sein, oder ein Oligomer mit einer oder mehreren Epoxygruppen, oder ein Polymer mit einer oder mehreren Epoxygruppen. Die Epoxyverbindungen können leicht hergestellt werden unter Verwendung einer Vielfalt von Verfahren, die im Fachgebiet bekannt sind. Zum Beispiel kann Epichlorhydrin mit einer Vielfalt von aliphatischen und aromatischen Mono- und Polyhydroxyverbindungen reagiert werden, um die entsprechenden Glycidyletherderivate zu bilden. Nicht einschränkende Beispiele für geeignete Epoxyverbindungen schließen folgende ein: Glycidol (1,2-Epoxy-3-propanol), Diglycidylether von zweiwertigen Phenolen, wie zum Beispiel Bisphenol A (erhältlich von Shell Chemical Company), Pyrocatechol, Resorcinol, Hydrochinon, 4,4'-Dihydroxydiphenyldimethylmethan, 4,4'-Dihydroxy-3,3'-dimethyl-diphenylpropan, 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon, und dergleichen; Glycidyl-endgekappte Poly(bisphenol A-co-Epichlorhydrin) Oligomere, wie zum Beispiel diejenigen, die ein Zahlen-durchschnittliches Molekulargewicht von ungefähr 300 bis 6.100 Dalton haben; Poly[(o-cresylglycidylether)-co-formaldehydoligomere, wie zum Beispiel diejenigen, die ein Zahlen-durchschnittliches Molekulargewicht von ungefähr 500 bis 1.500 Dalton haben; Digylcidylether – beendetes Poly(dimethylsuloxan), Poly[dimethylsiloxan-co-[2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyl]methylsiloxan], Poly(ethylen-co-glycidylmethacrylat), Poly(ethylen-co-methylacrylat-co-glycidylmethacrylat), Poly(ethylenglycol)diglycidylether, Poly(propylenglycol)diglycidylether, Allylglycidylether, Alkylglycidylether, wie zum Beispiel Isopropylglycidylether, n-Butylglycidylether, tert-Butylglycidylether, und dergleichen; Glycidylether von Novolak-Harzen, Glycidylester von aliphatischen und aromatischen Mono- und Polycarbonsäuren, wie zum Beispiel Hexahydrophthalsäurediglycidylester; Phthalsäurediglycidylester, Tridecylessigsäureglycidylester (manchmal auch bezeichnet als „Versatinsäure", und erhältlich als CARDURATM Glycidylester E10P von Resolution Performance Products) und dergleichen; Glycidylester, wie zum Beispiel Alpha-naphthylglycidylether, Phenylglycidylether, 1,6-Hexandioldiglycidylether, Dodecylglycidylether, Hexadecylglycidylether, 2-Ethylhexylglycidylether, Tetraglycidyl-4',4''-Diaminodiphenylmethan (erhältlich von Ciba Specialty Chemicals, Incorporated), Triglycidylglycerol, und dergleichen; und Glycidylether, die andere funktionelle Gruppen umfassen, beispielhaft dargestellt durch Verbindungen, wie zum Beispiel Triglycidylisocyanurat, und N,N'-bis[(3-glycidyloxy)phenyl]pyromellitimid.
  • Die Quellmittel, die zuvor beschrieben wurden, können auch zusammen mit anderen Materialien verwendet werden, wie zum Beispiel oligomerem Poly(olefin-co-maleinsäureanhydrid) und oligomerem (Olefin-co-maleimid), beispielhaft dargestellt durch Poly(propylen-co-maleinsäureanhydrid), Poly(propylen-co-maleimid).
  • Die Organotonerde-Zusammensetzungen schließen wahlweise ein Lösungsmittel ein. In einer Ausführungsform umfasst das Lösungsmittel einen aromatischen Kohlenwasserstoff, einen aliphatischen Kohlenwasserstoff oder einen halogenierten Kohlenwasserstoff. Genauer ist das Lösungsmittel gewählt aus der Gruppe bestehend aus Toluen, Xylenen (jede Kombination des isomeren Ortho-, Meta- und Para-xylens), Dichlormethan und Dichlorethan, da diese sogleich verfügbare und billige Lösungsmittel sind. Desweiteren können diese Lösungsmittel, wenn sie in den Organotonerde-Zusammensetzungen vorhanden sind, leicht entfernt werden durch Erhitzen, mit oder ohne Anbringung eines Vakuums.
  • Die Organotonerde-Zusammensetzungen, die oben beschrieben sind, werden vorzugsweise hergestellt durch in Kontakt bringen eines unbehandelten Phyllosilicates mit einem Delaminierungsmittel, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Organooniumsalzen, Imidazoliumsalzen, und Gruppen IV organometallischen Verbindungen in einem ersten Lösungsmittel; Verdampfen des ersten Lösungsmittels, um ein delaminiertes Phyllosilicat herzustellen; in Kontakt bringen des delaminierten Phyllosilicates mit einem Quellmittel, wahlweise in einem zweiten Lösungsmittel, um ein erstes Produkt zu erzeugen; und Verdampfen des zweiten Lösungsmittels, wenn vorhanden, aus dem ersten Produkt, um die Organotonerde-Zusammensetzung herzustellen. In einigen Fällen kann das unbehandelte Phyllosilicat direkt ohne Verwendung eines ersten Lösungsmittels mit einem Delaminierungsmittel behandelt werden. Das erste Lösungsmittel und das optionale zweite Lösungsmittel umfassen unabhängig einen aromatischen Kohlenwasserstoff, einen aliphatischen Kohlenwasserstoff oder einem halogenierten Kohlenwasserstoff. Das zweite Lösungsmittel ist optional, weil in einigen Ausführungsformen die Kombination aus dem zweiten Lösungsmittel und dem Organotonerde-Material direkt für die Mischung mit einer Polymergrundmasse verwendet werden kann. Jedoch, wenn die Anwesenheit des zweiten Lösungsmittels nicht wünschenswert ist in dem nächsten Schritt, kann es verdampft werden, um eine im Wesentlichen lösungsmittelfreie Organotonerde-Zusammensetzung herzustellen. Mit dem Ausdruck „im Wesentlichen lösungsmittelfrei" ist gemeint, dass die Organotonerde-Zusammensetzung weniger als 2 Gewichtsprozent von dem zweiten Lösungsmittel hat, relativ zu dem Gesamtgewicht der Organotonerde-Zusammensetzung.
  • Die Organotonerde-Zusammensetzungen, die oben beschrieben sind, sind nützliche Materialien zur Herstellung von Polymer-Nanoverbundwerkstoffen. Diese Polymer-Nanoverbundwerkstoffe werden erhalten durch Mischen von mindestens einem Polyorganosiloxan-Polycarbonatblockcopolimer, einem statistischen Copolymer oder Mischungen daraus, mit der Organotonerde-Zusammensetzung. Genauer können Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymere zur Herstellung der Polymer-Nanoverbundwerkstoffe verwendet werden. Desweiteren können die Polymer-Verbundwerkstoffe, die die Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Copolymere umfassen, im Allgemeinen, und Block-Copolymere im Besonderen mit einer Vielzahl von anderen thermoplastischen oder duroplastischen Polymeren (welche als Matrixpolymere angesehen werden können) gemischt werden, um eine Vielzahl von nützlichen duroplastischen Polymer-Nanoverbundwerkstoffen bzw. thermoplastischen Polymer-Verbundwerkstoffen herzustellen. Jedes thermoplastische Polymer kann zu diesem Zweck verwendet werden. Nicht einschränkende Beispiele für Matrix-thermoplastische Polymere schließen mindestens ein Polymer, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Polycarbonat, Polyester, Polyamid, Polyamid, Polyetherimid, Polyarylenether, olefinisches Nitril – Dien – Alkenyl aromatische Verbindung Copolymer, olefinisches Nitril – Alkenyl aromatische Verbindung – Acrylat-Copolymer, Polysulfon, Polyarylensulfit, Polyolefin, und Kombinationen aus den zuvor genannten thermoplastischen Polymeren ein. Nicht einschränkende Beispiele für Polycarbonate, die verwendet werden können, schließen Homopolycarbonat und Copolycarbonate, hergestellt unter Verwendung von aromatischen Bisphenolen, wie zum Beispiel Bisphenol A als ein Monomer oder Comonomer, ein.
  • Das Polyorganosilfoxan-Polycarbonat-Blockcopolymer umfasst Polyorganosiloxanblöcke mit Siloxaneinheiten der Formel (VI):
    Figure 00190001
    worin R11 und R12 jeweils unabhängig Wasserstoff, Hydrocarbyl oder Halogen-substituiertes Hydrocarbgyl sind. Bevorzugte R11 und R12 Gruppen sind jeweils Methyl; und in einer anderen Ausführungsform ist R11 ein Methyl; und R12 ist ein Phenyl, Alpha-methylphenethyl, oder Kombinationen daraus. In einer Ausführungsform umfasst das Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer Polyorganosiloxanblöcke mit der Formel (VII):
    Figure 00190002
    worin R11 und R12 jeweils unabhängig Wasserstoff, Hydrocarbyl oder Halogen-substituiertes Hydrocarbyl sind; „b" ist eine ganze Zahl von ungefähr 10 bis 120, und R13 ist Wasserstoff, Hydrocarbyl, Hydrocarbyloxy oder Halogen; und einen Polycarbonatblock mit der Formel (VIII):
    Figure 00200001
    worin G1 unabhängig eine aromatische Gruppe ist; E ist ein Alkylen, ein Alkyliden, eine cycloaliphatische Gruppe; eine Schwefel-enthaltende Verknüpfung, eine Phosphor-enthaltende Verknüpfung; eine Etherverknüpfung, eine Carbonylgruppe, oder eine tertiäre Stickstoffgruppe, R14 ist unabhängig ein Wasserstoff oder eine monovalente Kohlenwasserstoffgruppe; Y1 ist unabhängig gewählt aus der Gruppe bestehend aus einer monovalenten Kohlenwasserstoffgruppe, Alkenyl, Allyl, Halogen, Brom, Chlor; Nitro; „m" stellt irgendeine ganze Zahl dar, von und einschließlich Null über die Anzahl von Positionen auf G1, die für die Substitution verfügbar sind; m' stellt eine ganze Zahl dar von und einschließlich Null über die Anzahl von Positionen auf E, die für die Substitution verfügbar sind; „t" stellt eine ganze Zahl dar, gleich mindestens Eins; „s" ist entweder Null oder Eins; und „u" stellt eine ganze Zahl einschließlich Null dar. In einer speziellen Ausführungsform sind die R11 und R12 Gruppen jeweils Methyl; und in einer anderen Ausführungsform ist R11 ein Methyl; und R12 ist ein Phenyl, Alpha-methylphenethyl, oder Kombinationen daraus. Bevorzugte Bisphenole, die nützlich sind für die Carbonatblöcke der Formel (VIII) schließen ein, sollen aber nicht beschränkt sein auf Bisphenol A, 1,1-bis(4-Hydroxyphenyl)cyclohexan, und 1,1-bis(4-Hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan.
  • Eine Vielfalt von relativ kurzen und relativ langen Blocklängen für die Siloxaneinheiten, die in Formeln (VI) und (VII) gezeigt sind, kann verwendet werden. Somit kann zum Beispiel die ganze Zahl „b" in Formel (VII) einen Wert von ungefähr 2 bis ungefähr 10 haben in einer Ausführungsform, und von ungefähr 2 bis 5 in einer anderen Ausführungsform. In anderen Ausführungsformen kann die ganze Zahl „b" in Formel (VII) einen Wert von ungefähr 30 bis 70 haben in einer Ausführungsform, und von ungefähr 40 bis 55 in einer anderen Ausführungsform. Das Gewichtsmittel-Molekulargewicht des Block-Copolymers ist von ungefähr 20.000 bis 80.000 Dalton in einer Ausführungsform, und von ungefähr 30.000 bis 60.000 Dalton in einer anderen Ausführungsform. Ein spezifisches Beispiel für ein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer ist in Formel (IX) gezeigt:
    Figure 00210001
    worin R13 eine Methoxygruppe ist, „c" hat einen Wert von ungefähr 20 bis 60, vorzugsweise 50, und die Siloxanblöcke umfassen von ungefähr 5 bis 10 Gewichtsprozent des Block-Copolymers. Desweiteren hat, in Formel (IX), „d" einen Wert von 2 bis 3; und „e" hat einen Wert von 170 bis ungefähr 180. Das Copolymer hat ein Gewichtsmittel-Molekulargewicht von 57.000 Dalton.
  • Beispiele für das Bisphenol, das zur Herstellung des Polycarbonatblocks der Formel (VIII) verwendet wird, schließen ein, sollen aber nicht beschränkt sein auf folgende: 4,4'-(3,3,5-Trimethyloyclohexyliden)diphenyl, 4,4'-bis(3,5-Dimethyl)diphenol, 1,1-bis(4-Hydro-3-methylphenyl)cyclohexan, 4,4-bis(4-Hydroxyphenyl)heptan, 2,4'-dihydroxydiphenylmethan, bis(2-Hydroxyphenyl)methan, bis(4-Hydroxyphenyl)methan, bis(4-Hydroxy-5-nitrophenyl)methan, bis(4-Hydroxy-2,6-dimethyl-3-methoxyphenyl)methan, 1,1-bis(4-Hydroxyphenyl)ethan, 1,1-bis(4-Hydroxy-2-chlorphenyl)ethan, 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)propan, 2,2-bis(3-Phenyl-4-hydroxyphenyl)propan, 2,2-bis(4-Hydroxy-3-methylphenyl)propan, 2,2-bis(4-Hydroxy-3-ethylphenyl)propan, 2,2-bis(4-Hydroxy-3-isopropylphenyl)propan, 2,2-bis(4-Hydroxy-3,5-dimethylphenyl)propan, 2,2-bis(3,5,3',5'-Tetrachlor-4,4'-dihydroxyphenyl)propan, bis(4-Hydroxyphenyl)cyclohexylmethan, 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)-1-phenylpropan, 2,4'-Dihydroxyphenylsulfon, 2,6-Dihydroxynaphthalen; Hydrochinon, Resorcinal, C1-3 Alkyl-substituiertes Resorcinol, 3-(4-Hydroxyphenyl)-1,1,3-trimethylindan-5-ol, 1-(4-Hydroxyphenyl)-1,3,3-trinmethylindan-5-ol, 2,2,2',2'-Tetrahydro-3,3,3',3'-tetramethyl-1,1'-spirobi[1H-inden]-6,6'-diol, 1-Methyl-1,3-bis(4-Hydroxyphenyl)-3-isopropylcyclohexan, 1-Methyl-2-(4-hydroxyphenyl)-3-[1-(4-Hydroxyphenyl)isopropyl]cyclohexan und Kombinationen daraus; und Kombinationen, die mindestens eines der zuvor genannten Bisphenole umfassen.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Polymer-Nanoverbundwerkstoff mindestens ein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer und mindestens ein Matrix-Polycarbonatpolymer, worin das mindestens eine Matrix-Polycarbonatpolymer strukturelle Einheiten umfasst, abgeleitet von mindestens einem Bisphenol der Formel (X):
    Figure 00220001
    worin G1 unabhängig eine aromatische Gruppe ist; E ist ein Alkylen, ein Alkyliden, eine cycloaliphatische Gruppe; eine Schwefel-enthaltende Verknüpfung, eine Phosphor-enthaltende Verknüpfung; eine Etherverknüpfung, eine Carbonylgruppe, oder eine tertiäre Stickstoffgruppe, R14 ist unabhängig ein Wasserstoff oder eine monovalente Kohlenwasserstoffgruppe; Y1 ist unabhängig gewählt aus der Gruppe bestehend aus einer monovalenten Kohlenwasserstoffgruppe, Alkenyl, Allyl, Halogen, Brom, Chlor; Nitro; „m" stellt irgendeine ganze Zahl dar von und einschließlich Null über die Anzahl von Positionen auf G1, die für die Substitution verfügbar sind; m' stellt eine ganze Zahl von und einschließlich Null dar, über die Anzahl von Positionen auf E, die für die Substitution verfügbar sind; „t" stellt eine ganze Zahl gleich mindestens eins dar; „s" ist entweder Null oder Eins; und „u" stellt jede ganze Zahl einschließlich Null dar.
  • In dem Bisphenol der Formel (X) stellt G1 eine aromatische Gruppe dar, wie zum Beispiel Phenylen, Biphenylen, Naphthylen und dergleichen aromatische Gruppen. E kann ein Alkylen oder eine Alkylidengruppe sein, wie zum Beispiel Methylen, Ethylen, Ethyliden, Propylen, Propyliden, Isopropyliden, Butylen, Butyliden, Isobutyliden, Amylen, Amyliden, Isoamyliden, und dergleichen. Alternativ kann E aus zwei oder mehreren Alkylen- oder Alkylidengruppen bestehen, verknüpft durch einen Teil, der unterschiedlich zu Alkylen oder Alkyliden ist, wie zum Beispiel eine aromatische Verknüpfung, eine tertiäre Aminoverknüpfung, eine Etherverknüpfung, eine Carbonylverknüpfung, eine Schwefel-enthaltende Verknüpfung, wie zum Beispiel Sulfid, Sulfoxid, Sulfon, eine Phosphor-enthaltende Verknüpfung, wie zum Beispiel Phosphinyl, Phosphonyl, und ähnliche Verknüpfungen. Zusätzlich kann E eine cycloaliphatische Gruppe umfassen. R14 stellt unabhängig eine monovalente Kohlenwasserstoffgruppe dar, wie zum Beispiel Alkyl, Aryl, Aralkyl, Alkaryl, Cycloalkyl und dergleichen. Y1 umfasst ein Halogen (zum Beispiel Fluor, Brom, Chlor, Jod und dergleichen); eine Nitrogruppe; eine Alkenylgruppe, Allylgruppe, das gleiche, wie R14 wie zuvor beschrieben, eine Oxygruppe, wie zum Beispiel OR. In einer bevorzugten Ausführungsform ist Y1 inert gegenüber und unbeeinflusst durch die Reaktanden und Reaktionsbedingungen, die verwendet werden, um das Polymer herzustellen. Der Buchstabe „m" stellt eine ganze Zahl dar, von und einschließlich Null über die Anzahl von Positionen auf G1, die für die Substitution verfügbar sind; „p" stellt eine ganze Zahl dar, von und einschließlich Null über die Anzahl von Positionen auf E, die für die Substitution verfügbar sind; „t" stellt eine ganze Zahl dar, gleich mindestens Eins; „s" ist entweder Null oder Eins; und „u" stellt irgend eine ganze Zahl einschließlich Null dar.
  • Geeignete Bisphenole, von welchen das Matrix-Polycarbonatpolymer abgeleitet ist, können gewählt werden aus der Gruppe bestehend aus: 4,4'-(3,3,5-Trimethylcyolohexyliden)diphenyl, 4,4'-bis(3,5-Dimethyl)diphenol, 1,1-bis(4-Hydro-3-methylphenyl)cyclohexan, 4,4-bis(4-Hydroxyphenyl)heptan, 2,4'-dihydroxydiphenylmethan, bis(2-Hydroxyphenyl)methan, bis(4-Hydroxyphenyl)methan, bis(4-Hydroxy-5-nitrophenyl)methan, bis(4-Hydroxy-2,6-dimethyl-3-methoxyphenyl)methan, 1,1-bis(4-Hydroxyphenyl)ethan, 1,1-bis(4-Hydroxy-2-chlorphenyl)ethan, 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)propan, 2,2-bis(3-Phenyl-4-hydroxyphenyl)propan, 2,2-bis(4-Hydroxy-3-methylphenyl)propan, 2,2-bis(4-Hydroxy-3-ethylphenyl)propan, 2,2-bis(4-Hydroxy-3-isopropylphenyl)propan, 2,2-bis(4-Hydroxy-3,5-dimethylphenyl)propan, 2,2-bis(3,5,3',5'-Tetraohlor-4,4'-dihydroxyphenyl)propan, bis(4-Hydroxyphenyl)cyclohexylmethan, 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)-1-phenylpropan, 2,4'-Dihydroxyphenylsulfon, 2,6-Dihydroxynaphthalen; Hydrochinon, Resorcinal, C1-3 Alkyl-substituiertes Resorcinol, 3-(4-Hydroxyphenyl)-1,1,3-trimethylindan-5-ol, 1-(4-Hydroxyphenyl)-1,3,3-trinmethylindan-5-ol, 2,2,2',2'-Tetrahydro-3,3,3',3'-tetramethyl-1,1'-spirobi[1H-inden]6,6'-diol, 1-Methyl-1,3-bis(4-Hydroxyphenyl)-3-isopropylcyclohexan, 1-Methyl-2-(4-hydroxyphenyl)-3-[1-(4-Hydroxyphenyl)isopropyl]cyclohexan und Kombinationen daraus; und Kombinationen, die mindestens eines der zuvor genannten Bisphenole umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen können geeignete Matrix-Polycarbonatpolymere hergestellt werden unter Verwendung von festen aliphatischen Diolen, beispielhaft dargestellt durch die Hexahydro-furan-(3,2-b)-furan-3,6-diole, als Monomere oder Co-Monomere. Polycarbonate, die hergestellt werden, unter Verwendung von Isosorbid als einem Monomer oder als einem Co-Monomer mit einem oder mehreren aromatischen Bisphenol-Co-Monomeren, wie zum Beispiel Bisphenol A, können auch verwendet werden, um das Matrix-Polycarbonatpolymer herzustellen.
  • Polymer-Nanoverbundwerkstoffe, die ein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer umfassen, schließen vorzugsweise ein Quellmittel ein, in einer Menge von 1 Gewichtsprozent bis 20 Gewichtsprozent, und bevorzugter, in einer Menge von 1 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Polymer-Nanoverbundwerkstoff-Zusammensetzung. Die Organotonerde-Komponente, die ein unbehandeltes Phyllosilicat, ein Delaminierungsmittel und ein Quellmittel umfasst, umfasst vorzugsweise von 0,1 Gewichtsprozent bis 22 Gewichtsprozent des gesamten Polymer-Nanoverbundwerkstoffs, umfassend das Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer. Das relative Gewichtsverhältnis des Quellmittels zu dem delaminierten Phyllosilicat kann über eine breiten Bereich variieren, von 0,5 bis 2.000 in einer Ausführungsform, von ungefähr 1 bis 100 in einer anderen Ausführungsform, und von ungefähr 1 bis 10 in wiederum einer anderen Ausführungsform.
  • Die Polymer-Nanoverbundwerkstoffe werden im Allgemeinen hergestellt durch In-Kontakt-bringen eines unbehandelten Phyllosilicats mit einem Delaminierungsmittel in einem ersten Lösungsmittel. Das Delaminierungsmittel löst sich in dem ersten Lösungsmittel auf und erleichtert ein gründliches Mischen mit dem unbehandelten Phyllosilicat. Das Lösungsmittel wird dann entfernt, gefolgt von Behandlung des resultierenden delaminierten Phyllosilicats mit einem Quellmittel in einem zweiten Lösungsmittel, um ein Organotonerde-Produkt als eine Dispersion in dem zweiten Lösungsmittel herzustellen. Die Organotonerde-Dispersion kann direkt Schmelz-gemischt werden mit einem thermoplastischen Polymer, um den gewünschten thermoplastischen Polymer-Nanoverbundwerkstoff herzustellen. Die erhöhten Temperaturbedingungen, die während des Schmelz-Misch-Prozesses vorherrschen, werden dazu dienen, das zweite Lösungsmittel zu verdampfen. Desweiteren führt dies zu einem effizienteren Einschluss des Polymers innerhalb der Organotonerdeschichten, wodurch die Exfoliation verbessert wird, das heißt, die Tonerdeschichten werden mehr als oder gleich 60 ausgedehnt, relativ zu der Zwischenschicht-Trennung in dem unbehandelten Phyllosilicat. In einer anderen Ausführungsform wird das zweite Lösungsmittel entfernt, um ein im Wesentlichen lösungsmittelfreies Organotonerde-Produkt zu liefern, welches dann mit einem thermoplastischen Polymer schmelzgemischt wird, um den thermoplastischen Polymer-Verbundwerkstoff zu erzeugen. Polycarbonat-Oligomere mit geringem Gewichtsmittel-Molekulargewicht, wie zum Beispiel diejenigen, die aus der Reaktion von Bisphenol A und einem Carbonsäurederivat hergestellt werden, sind besonders nützliche Quellmittel zur Herstellung solcher thermoplastischen Polymer-Nanoverbundwerkstoffe.
  • Für beide Verfahren der Herstellung des thermoplastischen Nonoverbundwerkstoffs soll der Ausdruck „im Wesentlichen lösungsmittelfrei" bedeuten, dass der restliche Lösungsmittel-Spiegel geringer ist als oder gleich ungefähr 2 Gewichtsprozent relativ zu dem Gesamtgewicht des thermoplastischen Nanoverbundwerkstoffs ist. Desweiteren umfasst in beiden Verfahren das erste Lösungsmittel vorzugsweise Wasser, einen aliphatischen Alkohol, der mit Wasser mischbar ist, oder Kombinationen der zuvor genannten ersten Lösungsmittel. Ein bevorzugtes Lösungsmittel umfasst Wasser oder Mischungen aus Wasser mit Ethanol oder Methanol. Das zweite Lösungsmittel ist gewählt aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen, aromatischen Kohlenwasserstoffen, halogenierten Kohlenwasserstoffen, und Kombinationen aus den zuvor genannten zweiten Lösungsmitteln. Der Schmelz-Mischungsschritt wird bei einer Temperatur von 150°C bis 400°C in einer Ausführungsform, und von 200°C bis 300°C in einer anderen Ausführungsform ausgeführt. Die gewünschte Arbeitstemperatur hängt ab von der Natur der Organotonerde-Zusammensetzung und der Natur des Matrix-thermoplastischen Polymers. Das Gewichtsmittel-Molekulargewicht des oligomeren Polycarbonats, das in beiden Verfahren verwendet wird, ist im Allgemeinen geringer als oder gleich 20.000 Dalton in einer Ausführungsform, 1.000 bis 10.000 Dalton in einer zweiten Ausführungsform, und 3.000 bis 8.000 Dalton in einer dritten Ausführungsform. Die Verfahren sind sehr nützlich zur Herstellung von Polymer-Nanoverbundwerkstoffen, die ein oder mehrere Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymere und irgendein Matrix-thermoplastisches Polymer, genauer ein Polycarbonat-Polymer, umfassen.
  • Die Polymer-Nanoverbundwerkstoffe, die hierin oben beschrieben sind, können auch einen oder mehrere Zusatzstoffe enthalten, die im Allgemeinen in der Polymerverarbeitung verwendet werden, wie zum Beispiel Antioxidantien, Verarbeitungshilfen, Hitzestabilisatoren, Ultraviolett-(hiernach bezeichnet als „UV") Stabilisatoren, Feuerschutzmittel, Farbstoffzusammensetzungen und dergleichen. Nicht einschränkende Beispiele für Antioxidantien, die zur Verwendung in der vorliegenden Offenbarung geeignet sind, schließen Phosphite, Phosphonite, gehinderte Phenole und andere Oxidantien ein, die im Fachgebiet bekannt sind. Einige Beispiele für Phosphite und Phosphonit-Typ Antioxidantien schließen folgende ein: tris(2,4-di-tert-Butylphenyl)phosphit, 3,9-di(2,4-di-tert-Butylphenoxy)-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro[5.5]undecan, 3,9-di(2,4-Dicumylphenoxy)-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro[5.5] undecan, tris(p-Nonylphenyl)phosphit, 2,2',2''-Nitrilo[triethyltris[3,3',5,5'-tetra-tertbutyl-1,1'-biphenyl-2'-diyl]phosphit], 3,9-Distearyloxy-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro[5.5]undecan, Dilaurylphosphit, 3,9-di[2,6-di-tert-Butyl-4-methylphenoxy]-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphsophaspiro[5.5]undecan, und tetrakis(2,4-di-tert-Butylphenyl) 4,4'-bis(Diphenylen)phosphonit, Distearylpentaerythritoldiphosphit, Diisodecylpentaerythritoldiphosphit, 2,4,6-tri-tert-Butylphenyl-2-butyl-2-ethyl-1,3-propandiolphosphit, Tristearylsorbitoltriphosphit, Tetrakis(2,4-di-tert-Butylphenyl)4,4'-biphenylendiphosphonit, (2,4,6-tri-tert-Butylphenyl)-2-butyl-2-ethyl-1, 3-Propandiolphosphit, tri-Isodecylphosphit und Mischungen aus Phosphiten, die mindestens eines der zuvor genannten enthalten. Bevorzugte Antioxidantien sind die gehinderten Phosphite.
  • Nicht einschränkende Beispiele für Verarbeitungshilfen, die verwendet werden können, schließen Doverlube® FL-599 (erhältlich von Dover Chemical Corporation), Polyoxyter® (erhältlich von Polychem Alloy Inc.), Glycolube P (erhältlich von Lonza Chemical Company), Pentaerythritoltetrasterat, Metablen A-3000 (erhältlich von Mitsubishi Rayon), Neopentylglycoldibenzoat ein. Pentaerythritoltetrastearat kann vorzugsweise verwendet werden.
  • Nicht einschränkende Beispiele für UV-Stabilisatoren, die verwendet werden können, schließen gehinderte Amin-Lichtstabilisatoren, und Benzotriazole ein. Nicht einschränkende Beispiele für UV-Stabilisatoren schließen folgende ein: 2-(2'-Hyroxyphenyl)-benzotriazole, zum Beispiel das 5'-Methyl-, 3',5'-di-tert-Butyl-, 5'-tert-Butyl-, 5'(1,1,3,3-Tetramethylbutyl)-, 5-Chlor-3',5'-di-tert-Butyl-, 5-Chlor-3'-tert-Butyl-5'-methyl-, 3'-sec-Butyl-5'-tert-butyl-, 3'-alpha-Methylbenzyl-5'-methyl, 3'-alpha-Methylbenzyl-5'-methyl-5-chlor-, 4'-Hydroxy-, 4'-Methoxy-, 4'-Octoxy-, 3',5'-di-tert-amyl-, 3'-Methyl-5'-carbomethoxyethyl-, 5-Chlor-3',5'-di-tert-amyl-Derivat, und Tinuvin® 234 (erhältlich von Ciba Specialty Chemicals). 2,4-bis-(2'-Hydroxyphenyl)-o-alkyl-s-triazin, zum Beispiel die 6-Ethyl-, 6-Heptadecyl- oder 6-Undecyl-Derivate. 2-Hydroxybenzophenone, zum Beispiel die 4-Hydroxy-, 4-Methoxy-, 4-Octoxy-, 4-Decyloxy-, 4-Dodecyloxy-, 4-Benzyloxy-, 4,2',4'-Trihydroxy-, 2,2',4,4'-Tetrahydroxy- oder 2'-Hydroxy-4,4'-dimethoxy-Derivate. 1,3-bis-(2'-Hydroxybenzoyl)-benzene, zum Beispiel 1,3-bis-(2'-Hydroxy-4'-hexyloxy-benzoyl)-benzene, 1,3-bis-(2'-Hydroxy-4'-octyloxy-benzoyl)-benzene oder 1,3-bis-(2'-Hydroxy-4'-dodecyloxybenzoyl)-benzene. Ester von wahlweise substituierten Benzoesäuren, zum Beispiel Phenylsalicylatoctylphenylsalicylat, Dibenzoylresorcin, bis-(4-tert-Butylbenzoyl)-resorcin, Benzoylresorcin, 3,5-di-tert-Butyl-4-hydroxybenzoesäure-2,4-di-tert-butylphenylester oder -octadecylester oder -2-methyl-4,6-di-tert-butylester. Acrylate, zum Beispiel Alpha-cyano-beta, Beta-diphenylacrylsäure ethylester oder Isooctylester, Alpha-carbomethoxyzimtsäuremethylester, Alpha-cyano-beta-methyl-p-methoxyzimtsäuremethylester oder -butylester oder N(beta-Carbomethoxyvinyl)-2-methyl-indolin. Oxalsäurediamide, zum Beispiel 4,4'-di-Octyloxy-oxanilid, 2,2'-di-Octyloxy-5,5'-di-tert-butyl-oxanilid, 2,2'-di-Dodecyloxy-5,5-di-tert-butyl-oxanilid, 2-Ethoxy-2'-ethyl-oxanilid, N,N'-bis-(3-Dimethylaminopropyl)-oxalamid, 2-Ethoxy-5-tert-butyl-2'-ethyloxanilid und die Mischung daraus mit 2-Ethoxy-2'-ethyl-5,4'-di-tert-butyl-oxanilid, oder Mischungen aus ortho- und para-Methoxy ebenso wie aus o- und p-Ethoxy-disubstituierten Oxaniliden.
  • Nicht einschränkende Beispiele für Feuerschutzmittel, die verwendet werden können, schließen Kaliumnonafluorbutylsulfonat, Kaliumdiphenylsulfonsulfonat, und monomere und/oder oligomere Phosphatester von mehrwertigen Phenolen, wie zum Beispiel Resorcinol und Bisphenol A; und Kombinationen daraus, ein.
  • Die Polymer-Nanoverbundwerkstoffe können weiter andere Zusatzstoffe umfassen, wie zum Beispiel Form-Freisetzungsmittel, Tropfverzögerer, Keimbildner, Farbstoffe, Pigmente, Dispersionsmaterial, leitende Füllstoffe (zum Beispiel leitendes Kohlenschwarz und Dampf-gezüchtete Kohlenstoff-Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von ungefähr 3 bis 500 Nanometer), Verstärkerfüllstoffe, antistatische Mittel, und Treibmittel. Verstärkerfüllstoffe können zum Beispiel anorganische und organische Materialien einschließen, wie zum Beispiel Fasern, gewebte Gewebe und nicht gewebte Gewebe der E-, NE-, S-, T- und D-Typ Gläser und Quarz; Kohlenstoff-Fasern, einschließlich Polyacrylonitril (PAN)-Fasern, Dampf-gezüchtete Kohlenstoff-Fasern, und insbesondere graphitische Dampfgezüchtete Kohlenstoff-Fasern; Kaliumtitanat Einzelkristallfasern, Siliziumcarbitfasern, Borcarbitfasern, Gipsfasern, Aluminiumoxidfasern, Asbest, Eisenfasern, Nickelfasern, Kupferfasern, Wollastonitfasern; und dergleichen. Die Verstärkerfüllstoffe können in der Form von Glas-Roving-Stoff, Glasstuch, zerstückeltem Glas, hohlen Glasfasern, Glasmatten, Glasoberflächenmatten, und nicht gewebten Glasmaterial, keramische Fasermaterialien, und metallische Fasermaterialien. Zusätzlich können synthetische organische Verstärkerfüllstoffe auch verwendet werden, einschließlich organischen Polymeren, die in der Lage sind, Fasern zu bilden. Veranschaulichende Beispiele für solche verstärkenden organischen Fasern sind Poly(etherketon), Polyimidbenzoxazol, Poly(phenylensulfit), Polyester, aromatische Polyamide, aromatische Polyimide oder Polyetherimide, Acrylharze, und Poly(vinylalkohol). Fluoropolymere, wie zum Beispiel Polytetrafluoroethylen können verwendet werden. Ebenfalls eingeschlossen sind natürliche organische Fasern, die jemandem, der im Fachgebiet bewandert ist, bekannt sind, einschließlich Baumwollgewebe, Hanfgewebe, und Filz, Kohlenstoff-Fasermaterialien, und natürliche Zellulose-Materialien, wie zum Beispiel Kraft-Packpapier, Baumwollpapier, und Glasfaserenthaltendes Papier. Solche Verstärkerfüllstoffe könnten in der Form von einfädigen oder mehrfädigen Fasern sein und könnten entweder alleine oder in Kombination mit einem anderen Typ Faser verwendet werden, durch zum Beispiel Mitverweben oder Kern-Umhüllen, nebeneinander, „orange-type", oder Matrix- und Fibrillen(Fäserchen)-Konstruktionen, oder durch andere Verfahren, die jemandem im Fachgebiet der Faserherstellung bekannt sind. Sie können in der Form von zum Beispiel gewebten faserartigen Verstärkungen, nicht gewebten faserartigen Verstärkungen oder Papieren vorliegen. Talkum kann auch als ein Verstärkerfüllstoff verwendet werden.
  • Polymer-Nanoverbundwerkstoffe, die hierin offenbart sind, haben eine Anzahl von nützlichen Eigenschaften, einschließlich, unter anderem, verbesserte Niedrigtemperatur-Schlagfestigkeit bei Temperaturen höher als oder gleich –20°C unter Beibehaltung des Niedertemperatur-Moduls und der Dehnbarkeit. Polymere Materialien werden im Allgemeinen bei niedrigeren Temperaturen brüchiger. Somit richten sich die hierin offenbarten Nanoverbundwerkstoffe effektiv an dieses Gütemerkmal. In einem anderen Aspekt bieten diese Nanoverbundwerkstoffe eine verbesserte Verarbeitbarkeit und eine Erleichterung im Erreichen eines Flammschutzes. Desweiteren können diese Nanoverbundwerkstoffe mit verschiedenen Anteilen von anderen Polycarbonaten (mit variierenden Glasübergangstemperaturen und anderen Eigenschaften, wie zum Beispiel Elastizitätsmodul, Schlagfestigkeit, Fluss und dergleichen) gemischt werden, um Materialien mit verbesserten mechanischen Eigenschaften herzustellen, und welche in der Lage sind, einem breiten Bereich an Anforderungen für den Hoch- und Niedertemperatur-Einsatz zu entsprechen.
  • Wenn eine Polymerzusammensetzung umfassend ein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer und irgendein thermoplastisches Polymer zur Herstellung eines geformten Artikels verwendet wird, hat der Artikel im Allgemeinen einen reduzierten Modul relativ zu dem Artikel, der das Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer nicht umfasst. Aber Polymer-Nanoverbundwerkstoffe, die ein unbehandeltes Phyllosilicat, ein Delaminierungsmittel, ein Quellmittel, ein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer und mindestens ein thermoplastisches Polymer umfassen, wie oben beschrieben, haben signifikant verbesserte Eigenschaften. Die Zugabe eines Verstärkerfüllstoffs zu einem Matrixpolymer erhöht im Allgemeinen den Zugmodul der resultierenden Zusammensetzung, aber die Zusammensetzungen behalten im Allgemeinen nicht den Dehnungsbruchmodus, der von dem Matrixpolymer gezeigt wird. Somit wird eine Verbesserung im Modul erreicht, auf Kosten der Niedertemperatur-Dehnbarkeit. Zum Beispiel sind bestimmte Mischungen aus BPA Polycarbonat und Polycarbonat-Polyorganosiloxan-Blockcopolymer dafür bekannt, dass sie einen Dehnungsbruchmodus bei –20°C zeigen. Wenn Füllstoffe, wie zum Beispiel Siliziumcarbid oder Talkum mit diesen Mischungen aus BPA Polycarbonat und Polycarbonat-Polyorganosiloxan-Blockcopolymer gemischt werden, zeigen die resultierenden Zusammensetzungen einen verbesserten Modul, aber sie behalten nicht den Niedertemperatur-Dehnungsbruchmodus, der anfangs durch das Matrixpolymer gezeigt wurde. Jedoch, wie es aus dem Beispielabschnitt später in dieser Offenbarung offensichtlich werden wird, verbessert die Zugabe von einem unbehandelten Phyllosilicat, zusammen einem Delaminierungsmittel, einem Quellmittel, zu solchen Mischungen aus BPA Polycarbonat und Polycarbonat-Polyorganosiloxan-Blockcopolymer nicht nur den Modul der resultierenden Nanoverbundwerkstoffe, sondern erhält auch den Niedertemperatur-Dehnungsbruchmodus bei –20°C.
  • Der geformte Artikel, der die Polymer-Nanoverbundwerkstoffe umfasst, hat einen Zugmodul größer als oder gleich ungefähr 105%, wie gemessen in Übereinstimmung mit dem ISO 527 Verfahren in einer Ausführungsform; eine Dehnungsbruchtemperatur von höher als oder gleich ungefähr –20°C, wie in Übereinstimmung mit dem ASTM D256 Verfahren mit einem 11 Joule Hammer gemessen in einer anderen Ausführungsform; und eine Schmelzvolumenrate (manchmal auch abgekürzt als „MVR") von größer als oder gleich 110%, wie gemessen in Übereinstimmung mit dem ASTM D1238 Verfahren, in einer dritten Ausführungsform; relativ zu einem sonst ähnlichen geformten Artikel, welcher kein delaminiertes Phyllosilicat und ein Polycarbonat-Polymer mit niedrigem Gewichtsmittel-Molekulargewicht umfasst. Abhängig von der Natur der einzelnen Materialien, aus denen die thermoplastischen Nanoverbundwerkstoffe bestehen, ist es manchmal wahrscheinlich, dass man eine Verbesserung in mehr als einer der oben aufgelisteten Eigenschaften erzielt. Somit hat, in einer Ausführungsform, ein Artikel umfassend einen Polymer-Nanoverbundwerkstoff, umfassend mindestens ein delaminiertes Phyllosilicat, ein Polycarbonat-Quellmittel mit niedrigem Gewichtsmittel-Molekulargewicht; ein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer und ein thermoplastisches Polymer, mindestens einen Zugmodul von größer als oder gleich 105% wie in Übereinstimmung mit dem ISO 527 Verfahren gemessen; eine Dehnungsbruchtemperatur von größer als oder gleich –20°C, wie in Übereinstimmung mit dem ASTM D256 Verfahren gemessen; und eine Schmelzvolumenrate von größer als oder gleich 110% wie in Übereinstimmung mit dem ASTM D1238 Verfahren gemessen; relativ zu einem sonst ähnlichen geformten Artikel, welcher das delaminierte Phyllosilicat und das Polycarbonat-Polymer mit niedrigem Gewichtsmittel-Molekulargewicht nicht umfasst, und unter den selben Bedingungen gemessen. Jemand mit durchschnittlichem Können in Fachgebiet kann einen Artikel nehmen, einen Teil davon nehmen, und seine MVR messen. Aber typischerweise wird die MVR-Messung mit Pellets des Polymer-Nanoverbundwerkstoffs durchgeführt. Zusätzlich können die Nanoverbundwerkstoffe potenziell Verbesserungen zeigen in anderen Eigenschaften, wie zum Beispiel Wärmeformbeständigkeit, Wasserdampfhemmung und/oder verminderte Durchlässigkeit gegenüber Gasen, und chemische Widerstandsfähigkeit, was sie besonders geeignet macht zur Herstellung von Artikeln, wie zum Beispiel denjenigen, die sich auf Automobil-, Luft- und Raumfahrt, elektronische, pharmazeutische, Bekleidung, Nahrungsmittel, und optische Anwendungen beziehen.
  • Die Zusammensetzungen der Polymer-Nanoverbundwerkstoffe können auch in geeigneter Weise zugeschnitten werden, um andere nützliche Eigenschaften zu erzielen, wie zum Beispiel Transparenz, Lichtdurchlässigkeit und Opazität; und Pigmentierung durch Verwendung von Pigmenten.
  • Die Formungszusammensetzungen, die hierin offenbart sind, werden hergestellt durch mechanisches Mischen der Organotonerde-Zusammensetzung und einem oder mehreren Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Copolymeren, mit oder ohne andere thermoplastische oder duroplastische Polymer, wie zuvor beschrieben, in einer konventionellen Mischausrüstung, zum Beispiel einem Einzel- oder Doppelschneckenextruder, einem Banbury-Mixer, oder irgendeiner anderen konventionellen Schmelz-Mischungsherstellungs-Ausrüstung. Wenn eine Organotonerde-Zusammensetzung, die Lösungsmittel enthält, verwendet wird zur Mischung mit einem oder mehreren thermoplastischen oder duroplastischen Polymeren, kann auch ein Vakuum an die Ausrüstung angelegt werden, während der Mischoperation, um die Emission von flüchtigem organischen Lösungsmittel aus der Zusammensetzung einzuschließen. Die Reihenfolge, in welcher die Komponenten der Zusammensetzung gemischt werden, ist im Allgemeinen nicht entscheidend und kann leicht bestimmt werden von jemandem, der in diesem Fachgebiet bewandert ist.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung der Polymer-Nanoverbundwerkstoffe die Herstellung des delaminierten Phyllosilicats in einem separaten Schnitt durch Behandeln eines unbehandelten Phyllosilicats mit einem Delaminierungsmittel; und danach Trockenmischen oder Schmelzmischen des delaminierten Phyllosilicats mit einem Quellmittel und einem oder mehreren Polymeren. In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung der Polymer-Nanoverbundwerkstoffe die Herstellung einer Grundmischung der Organotonerde-Zusammensetzung, wie oben beschrieben, gefolgt durch Mischen eines Teils dieser Grundmischung mit einem oder mehreren Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Copolymeren, mit oder ohne anderen thermoplastischen oder duroplastischen Polymeren.
  • Die Formungszusammensetzungen, die hierin oben beschrieben sind, sind wertvoll zur Erzeugung einer Vielfalt an nützlichen Artikeln, wie zum Beispiel Außengehäusen für elektrische und Telekommunikations-Schnittstellen-Vorrichtungen, Smart-Network-Schnittstellen-Vorrichtungen, äußeren und inneren Fahrzeugteilen, äußeren Gehäusen für Gartenausrüstung, und äußere und innere Gebäude und Konstruktionsteile. Nicht einschränkende Beispiele für Artikel schließen diejenigen ein, die folgendes umfassen: äußere und innere Fahrzeugteile, Fensterrahmen, Fensterprofile, Rinnen, Fallrohre, Abstellgleise, Fahrzeugstoßstangen, Türeinsätze, Heckklappen, Innenteile, und Kotflügel; externe Gehäuse für Gartenausrüstung, und Snow Scooter. Die hierin offenbarten Polymer-Nanoverbundwerkstoffe können auch zur Bildung von haltbaren Beschichtungen verwendet werden, insbesondere dünnen Beschichtungen in der Größenordnung von Mikrons, durch Verwendung verschiedener Beschichtungstechniken, die im Fachgebiet bekannt sind, wie zum Beispiel Hochgeschwindigkeits-Brenngas thermisches Spritzen („high-velocity oxy-fuel thermal spraying"), und Hochdruck-Hochgeschwindigkeits-Brenngas-Spritzverfahren („high-thrust high-velocity oxy-fuel thermal spraying"). Polymer-Nanoverbundwerkstoffe, die das Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer und mindestens ein anderes Polycarbonat (welches kein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Copolymer ist) umfassen, sind insbesondere nützlich in dieser Hinsicht.
  • Montmorillonit ist ein bevorzugtes unbehandeltes Phyllosilicat aufgrund seiner sofortigen Verfügbarkeit und seiner niedrigen Kosten. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der thermoplastische Polymer-Nanoverbundwerkstoff zur Erzeugung eines Artikels weniger als oder gleich ungefähr 10 Gewichtsprozent von Montmorillonit, weniger als oder gleich 20 Gewichtsprozent eines Polycarbonat-Polymers mit geringem Gewichtsmittel-Molekulargewicht, weniger als oder gleich 5 Gewichtsprozent eines Delaminierungsmittels; weniger als oder gleich 25 Gewichtsprozent eines Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymers mit einem Gewichtsmittel-Molekulargewicht von 40.000 bis 60.000 Dalton; und mehr als oder gleich 50 Gewichtsprozent eines Bisphenol A Homopolycarbonats mit einem Gewichtsmittel-Molekulargewicht von 30.000 bis 80.000 Dalton; worin das Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer Polyorganosiloxanblöcke mit der Formel (XI) umfasst:
    Figure 00350001
    worin R15 Wasserstoff, Methoxy oder Allyl ist, und „a" ist eine ganze Zahl mit einem Wert von ungefähr 40 bis ungefähr 55; und Polycarbonatblöcke mit der Formel (XII):
    Figure 00350002
    basierend auf dem Gesamtgewicht des thermoplastischen Nanoverbundwerkstoffs.
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Polymer-Nanoverbundwerkstoff im Wesentlichen weniger als oder gleich 20 Gewichtsprozent eines Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymers mit einem Gewichtsmittel-Molekulargewicht von 40.000 bis 60.000 Dalton, wie gemessen mit einem Polystyren-Standard in einem Chloroform-Lösungsmittel; mehr als oder gleich 55 Gewichtsprozent eines Bisphenol A Honopolycarbonats mit einem Gewichtsmittel-Molekulargewicht von 30.000 bis ungefähr 80.000 Dalton, wie mit dem Polystyren-Standard in dem Chloroform-Lösungsmittel gemessen; weniger als oder gleich 10 Gewichtsprozent von Montmorillonit; weniger als oder gleich 20 Gewichtsprozent eines Polycarbonat-Polymers mit niedrigem Gewichtsmittel-Molekulargewicht, und weniger als oder gleich 5 Gewichtsprozent eines Delaminierungsmittels; worin das Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer Polyorganosiloxanblöcke mit der Formel (XI), und Polycarbonatblöcke mit der Formel (XII) umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht des thermoplastischen Nanoverbundwerkstoffs.
  • BEISPIELE
  • Vorausschauendes Beispiel 1.
  • Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines niedrigmolekulargewichtigen Hydroxy-endgekappten Bisphenol A Homopolycarbonats mit einem Gewichtsmittel-Molekulargewicht von ungefähr 8.000. Das Verfahren ist auch als ein Teil von Beispiel 2 in Spalte 6, Zeilen 27 bis 42 von U.S. Patent Nr. 6,143,859 beschrieben, welches hierin durch die Bezugnahme eingeschlossen ist.
  • Ein 1-Liter Glas Schmelzpolymerisations-Reaktor wird durch Säurewaschung passiviert mit deionisiertem Wasser gewaschen und über Nacht bei ungefähr 70°C getrocknet. Der Reaktor wird dann mit 130,4 g (608,6 Millimol) von Diphenylcarbonat und 120 g (525,6 Millimol) von Bisphenol A beladen. Ein fester Nickelrührer wird in der Mischung suspendiert und der Reaktor wird mit Stickstoff gespült und auf ungefähr 180°C erhitzt, wonach die Reaktionsmischung schmilzt. Nachdem sie komplett geschmolzen ist, wird ihr erlaubt, sich ins Gleichgewicht zu bringen für fünf bis zehn Minuten unter Rühren. Dann werden unter Rühren 600 Mikroliter einer 0,221 molaren wässerigen Tetramethylammoniummaleat-Lösung und 500 Mikroliter einer 0,01 molaren wässerigen Natriumhydroxyd-Lösung hinzugefügt. Die resultierende Mischung wird auf ungefähr 180°C erhitzt und das Rühren wird für ungefähr fünf Minuten fortgesetzt, wonach die Temperatur auf ungefähr 210°C erhöht wird, und der Druck auf ungefähr 180 Milliliter Quecksilber vermindert wird, wonach das Phenol beginnt zu destillieren. Nach ungefähr zehn Minuten ist das gewünschte niedrigmolekulargewichtige Bisphenol A Homopolycarbonat erzeugt.
  • Beispiel 2.
  • Dieses Beispiel beschreibt die allgemeinen Verfahren, die verwendet werden zur Herstellung der Polymer-Nanoverbundwerkstoff-Formungs-Zusammensetzungen unter Verwendung des niedrigmolekulargewichtigen Hydroxy-endgekappten Bisphenol A Homopolycarbonats mit einem Gewichtsmittel-Molekulargewicht von ungefähr 8.000 Dalton, hergestellt wie beschrieben in dem vorausschauenden Beispiel 1.
  • In einem Verfahren zur Herstellung der Polymer-Nanoverbundwerkstoffe, hiernach bezeichnet als Verfahren „X" in Tabelle 1 wurden die notwendigen einzelnen Komponenten, die in Tabelle 1 aufgelistet sind, separat ausgewogen und dann in einem Banbury-Mischer gemischt. Alternativ wurden die einzelnen Komponenten in einem Lösungsmittel gemischt, wie zum Beispiel Toluen oder Dichlormethan; unter Hochgeschwindigkeitsrühren und unter rückfließendem Lösungsmittel gerührt, und das Lösungsmittel durch Destillation und/oder Verdampfung unter vermindertem Druck entfernt, um den trockenen Polymer-Nanoverbundwerkstoff zu liefern. Das resultierende Material wurde dann unter Verwendung eines Extruders extrudiert.
  • In einem anderen Verfahren, hiernach bezeichnet als „Y", wurde das Quellmittel (300 Gramm) zuerst in 1,5 Litern eines geeigneten Lösungsmittels, wie zum Beispiel Toluen oder Aceton aufgelöst. Zu dieser Lösung wurde CLOISITE® 30B (150 Gramm) hinzugefügt, und die resultierende Mischung wurde unter Rückfluss für ungefähr zwei Stunden unter heftigem Rühren erhitzt (bei ungefähr 2.000 Umdrehungen pro Minute durch Verwenden eines Überkopfrührers). Das Lösungsmittel wurde dann entfernt, entweder durch Destillation bei Umgebungsdruck oder vermindertem Druck, gefolgt von gründlichem Trocknen unter Vakuum, um eine trockene Probe einer Grundmischung umfassend CLOISITE® 30B und das Quellmittel, zu ergeben. Dieses Verfahren wurde verwendet zur Herstellung von Grundmischungsproben durch Verwenden von Epoxy-Quellmitteln, ebenso wie R2 PC Quellmitteln. „R2 PC" bezieht sich auf ein Hydroxy-endgekapptes Bisphenol A Homopolycarbonat mit einem Gewichtsmittel-Molekulargewicht von ungefähr 8.000 Dalton. Bisphenol A Homopolycarbonat (abgekürzt als „BPA PC"), das verwendet wurde, hatte ein Gewichtsmittel-Molekulargewicht von ungefähr 57.000 Dalton, wie gemessen durch Gelpermeations-Chromatographie, unter Verwendung eines Chloroform-Lösungsmittels. Die gemessenen Molekulargewichte sind relativ zu einem Polystyren-Standard. Formungszusammensetzungen wurden hergestellt durch Mischen eines bekannten Gewichts der Grundmischungsprobe, hergestellt wie oben beschrieben, mit thermoplastischen Polymeren, wie zum Beispiel Bisphenol A Homopolycarbonat und Mischungen aus einem Bisphenol A Homopolycarbonat und einem Bisphenol A Polycarbonat-Polyorganosiloxan-Blockcopolymer.
  • Die verschiedenen hergestellten Zusammensetzungen, A bis E, sind in Tabelle 1 als Vergleichsbeispiel 1 und Beispiele 3 bis 6 gezeigt. CLOISITE® 30B wurde erworben von Southern Clay Products, Inc. Na-MMT bezieht sich auf Natrium-Montmorillonit. Formungszusammensetzungen A und B wurden hergestellt, ohne Verwendung von Antioxidanz, Hitzestabilisator, UV-Stabilisator, und Flammschutz-Zusatzstoffen, wohingegen Formungszusammensetzungen C bis I unter Verwendung dieser Zusatzstoffe hergestellt wurden.
  • Die hergestellten Zusammensetzungen wurden die für Extrusion und Formungsoperation verwendet, unter Verwendung der Bedingungen, die unten in Tabellen 2 und 3 gezeigt sind. Die Zahlen zeigen die Gewichtsprozent von jeder Komponente an, relativ zu dem Gewicht der Gesamtmischung, gebildet durch Vereinigen aller angegebenen Komponenten. PC-ST bezieht sich auf ein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer mit einem Gewichtsmittel-Molekulargewicht von ungefähr 57.000 Dalton und dargestellt durch Formel (IX), wie zuvor gezeigt.
  • Die Zusammensetzungen wurden extrudiert, um Pellets zu bilden, welche dann geformt wurden unter Verwendung von Standard-Formen, die zur Erzeugung von Testproben verwendet wurden. Die Mischungsherstellung wurde unter Verwendung des W&P ZSK 25 Labor Doppelschrauben-Extruders mit einem Standard-Schraubendesign für Polycarbonat-Polymere ausgeführt. Die Mischungsherstellungsbedingungen sind in Tabelle 2 angegeben. Injektionsformungen wurden ausgeführt unter Verwendung der L&T Demag De-rech 60 LNC4-E Formungsmaschine. Die Abkürzung „RPM" steht für Umdrehungen pro Minute. Die Abkürzung „psi" steht für Pfund pro Quadrat Inch.
  • Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse, die erhalten wurden aus dem Testen der geformten Proben, umfassend die Polymer-Nanoverbundwerkstoffe, hergestellt wie oben beschrieben. Die Schmelzvolumenrate (MVR) wurde an den extrudierten Pellets gemessen, gemäß ASTM D1238. MVR ist definiert als das Volumen einer Probe, das durch eine Öffnung hindurch tritt mit einem Kolben, wenn eine Probe von ungefähr 6 bis ungefähr 7 Gramm unter eine konstante Last von 1,2 Kilogramm bei 300°C in zehn Minuten gesetzt wird, mit einer Verweilzeit von ungefähr fünf Minuten. Ergebnisse sind ausgedrückt in Einheiten von Kubikzentimeter pro zehn Minuten (cc/10 Min.). Zugmodul, Zerreißfestigkeit der Ausbeute, Zugbelastung der Ausbeute, Zerreißfestigkeit, Zerreißfestigkeit beim Bruch, und Zugbelastung beim Bruch wurden gemessen in Übereinstimmung mit dem International Standard Organisation Verfahren, ISO 527. Gekerbte Schlagbiegefestigkeit (notched izod impact, abgekürzt als „NII") bei –20°C wurde gemessen in Übereinstimmung mit ASTM D256 unter Verwendung eines 11 Joule Hammers. Das Gewichtsmittel-Molekulargewicht (Mw) und das Zahlendurchschnittsmolekulargewicht (Mn) wurden gemessen durch Gelpermeations-Chromatographie, relativ zu Polystyren-Standards. „NA" zeigt an, dass keine Daten verfügbar sind.
  • Wenn man die Ergebnisse vergleicht, die aus Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 3 in Tabelle 1 erhalten werden, zeigen sie an, dass Polymer-Nanoverbundwerkstoff-Formungszusammensetzungen, umfassend ein Gewichtsprozent eines delaminierten Phyllosilicats, wie zum Beispiel CLOISITE® und ein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer eine Verbesserung zeigen in dem Zugmodul von ungefähr 2,2 GPa bis ungefähr 2,3 GPa, während ein Dehnbarkeits-Fehler bei –20°C aufrecht erhalten wird. Wenn ungefähr 2 Gewichtsprozent eines BPA Polycarbonats mit geringem Gewichtsmittel-Molekulargewicht in den Nanoverbundwerkstoff eingeschlossen ist, zeigt die resultierende Formungszusammensetzung eine weitere Verbesserung des Zugmoduls auf ungefähr 2,5 GPa, während immer noch die Dehnbarkeits-Fehlermöglichkeit aufrecht erhalten wird (siehe Beispiele 3 und 4). Im Gegensatz dazu zeigt die Formungszusammensetzung, die CLOISITE®, R2 PC oligomeres Polycarbonat und BPA Homopolycarbonat, aber kein Polycarbonat-Polyorganosiloxan-Copolymer umfasst, einen höheren Zugmodul (2,8 GPa), zeigt aber einen Sprödigkeitsbruch bei –20°C (Vergleichsbeispiel 2). Mit anderen Füllstoffen, wie zum Beispiel Talkum, Siliziumcarbit und Glimmer, zeigen Formungszusammensetzungen, umfassend BPA Homopolycarbonat und das Polycarbonat-Polyorganosiloxan- Blockcopolymer einen verbesserten Zugmodul, aber sie zeigen alle einen Sprödigkeitsbruch bei –20°C. Diese Ergebnisse veranschaulichen, dass die Kombination aus einem delaminierten Phyllosilicat, wie zum Beispiel CLOISITE® zusammen mit einer Polymergrundmasse, umfassend ein Polycarbonat und ein Polycarbonat-Polyorganosiloxan-Blockcopolymer nützliche Formungszusammensetzungen bereit stellt, die die wünschenswerte Kombination aus verbessertem Zugmodul und Dehnbarkeitsbruchverhalten sogar bei Temperaturen von so wenig wie –20°C. Desweiteren zeigen Zusammensetzungen D und F eine höhere MVR verglichen mit C, wodurch angezeigt wird, dass die polymeren Nanoverbundwerkstoffe des Typs D und F nicht nur verbesserte mechanische Eigenschaften haben, wie zum Beispiel den Zugmodul, die Zerreißfestigkeit der Ausbeute und ein Dehnungsbruchverhalten bei niederen Temperaturen, sondern auch eine relativ bessere Verarbeitbarkeit.
    Figure 00420001
    Tabelle 2
    Prozessparameter Wert
    Temperatur-Zuführungszone 150°C
    Temperaturzone 1 220–230°C
    Temperaturzone 2 250–260°C
    Temperaturzone 3 275–280°C
    Temperaturzone 4 280–285°C
    Temperatur der Eintrittsöffnung/Mundstück 285°C
    Vakuum angelegt? Ja
    Schneckengeschwindigkeit 300 RPM
    Drehmoment 50–6%
    Tabelle 3
    Prozessparameter Wert
    Temperatur-Zuführungszone 70–90°C
    Temperaturzone 1 250–260°C
    Temperaturzone 2 260–270°C
    Temperaturzone 3 280–285°C
    Temperatur der Düse 280–285°C
    Temperatur der Schmelze 300°C
    Temperatur der Form 80°C
    Probenführungszeit 4 Stunden
    Probenführungstemperatur 120°C
    Zykluszeit 35 Sekunden
    Injektionszeit 3 Sekunden
    Injektionsgeschwindigkeit 1 Inch/Sekunde
    Injektionsdruck 1100 Psi
    Dekompression 1 Inch
    Umschaltepunkt (Switch Point) 0,25 Inch
    Schneckengeschwindigkeit 100 RPM
    Haltedruck 800 Psi
    Haltezeit 10 Sekunden
    Abkühlungszeit 15 Sekunden

Claims (10)

  1. Ein polymerer Nanoverbundwerkstoff aufweisend: ein unbehandeltes Phyllosilikat; ein Delaminierungsmittel; ein Quellmittel; und ein Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Copolymer.
  2. Polymer-Nanoverbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei das Delaminierungsmittel ausgwählt ist aus der Gruppe bestehend aus Organooniumsalzen, einer Gruppe IV organometallischen Verbindungen, einem Imidazoliumsalz; oder Kombinationen der vorstehenden Delaminierungsmittel.
  3. Polymer-Nanoverbundwerkstoff nach Anspruch 2, wobei das Organooniumsalz ein Organoammoniumsalz oder cm Organophosphoniumsalz umfasst.
  4. Polymer-Nanoverbundwerkstoff nach Anspruch 2, wobei die Gruppe IV Organometallverbindung die Formel (R9)nM(R10O)4-n hat, wobei „M" ein Gruppe IV Element ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silizium, Titan und Zirkon; R9 und R10 unabhängig C1 bis C12 Alkyl- und Arylgruppen ausmachen, und „n" einen Wert von 0 bis 2 hat.
  5. Polymer-Nanoverbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei das unbehandelte Phyllosilikat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Allevardit, Amesit, Hectorit, Fluorhectorit, Saponit, Beidellit, Talk, Montmorillonit, Fetton, Illit, Sepiolit, Palygorskit, Muscovit, Nontronit, Stevensit, Bentonit, Glimmer, Vermiculit, Fluorvermiculit, Halloysit, Fluor enthaltender Talk und Kombinationen davon.
  6. Polymer-Nanoverbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei das Quellmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Epoxyverbindung, Polycarbonatpolymer mit niedrigem mittleren Molekulargewicht, oligomerem Polyester, oligomerem Polyamid, oligomerem Polyether, oligomerem Polyesteramid, oligomerem Polyetherimid, oligomerem Polyimid, oligomerem Polyestercarbonat, Phenolharzen und Mischungen davon.
  7. Geformter Gegenstand aufweisend den Polymer-Nanoverbundwerkstoff nach Anspruch 1.
  8. Polymer-Nanoverbundwerkstoff umfassend: weniger als oder gleich 5 Gewichtsprozent unbehandeltes Phyllosilikat; weniger als oder gleich 15 Gewichtsprozent Polycarbonatpolymer mit niedrigem mittleren Molekulargewicht; weniger als oder gleich 2,5 Gewichtsprozent eines Delaminierungsmittels; weniger als oder gleich 25 Gewichtsprozent eines Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymers mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 40 000 bis 60 000 Dalton, gemessen mit einem Polystyrolstandard in einem Chloroformlösungsmittel; und größer als oder gleich 50 Gewichtsprozent eines Bisphenol A Homopolycarbonats mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 30 000 bis 80 000 Dalton, gemessen mit einem Polystyrolstandard in einem Chloroformlösungsmittel.
  9. Polymer-Nanoverbundwerkstoff umfassend: weniger als oder gleich 20 Gewichtsprozent eines Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymers mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 40 000 bis etwa 60 000 Dalton, gemessen mit einem Polystyrolstandard in einem Chloroformlösungsmittel; größer als oder gleich 55 Gewichtsprozent Bisphenol A Homopolycarbonat mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 30 000 bis 80 000 Daltons, gemessen mit einem Polystyrolstandard in einem Chloroformlösungsmittel; weniger als oder gleich 10 Gewichtsprozent Montmorillonit; weniger als oder gleich 20 Gewichtsprozent eines Polycarbonatpolymers mit niedrigem Gewichtsmittel des Molekulargewichts, und weniger als oder gleich 5 Gewichtsprozent eines Delaminierungsmittels, wobei das Polyorganosiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer aufweist: Polyorganosiloxanblöcke mit der Formel:
    Figure 00460001
    worin R15 Wasserstoff, Methoxy oder Allyl ist, „a" eine ganze Zahl mit einem Wert von etwa 40 bis 55; und Polycarbonatblöcke mit der Formel:
    Figure 00460002
    bezogen auf das Gesamtgewicht des thermoplastischen Nanoverbundwerkstoffs.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Polymer-Nanoverbundwerkstoffs, bei welchem Verfahren man: ein unbehandeltes Phyllosilikat mit einem Delaminierungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Organooniumsalz, einer Gruppe IV Organometallverbindung und einem Imidazoliumsalz in einem ersten Lösungsmittel in Berührung bringt; das erste Lösungsmittel abzieht, um ein delaminiertes Phyllosilikat zu erzeugen, das delaminierte Phyllosilikat mit einem Quellmittel in einem zweiten Lösungsmittel in Berührung bringt, um ein Organotonprodukt zu erzeugen und das Organotonprodukt mit einem thermoplastischen Polymer, umfassend ein Polyorganosiloxan-Polycarbonatcopolymer, zur Herstellung des Polymer-Nanoverbundwerkstoffs, schmelzblendet.
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