聚硅氧烷聚合物与无机纳米颗粒的复合物及其形成方法技术

本发明专利技术涉及聚硅氧烷聚合物与无机纳米颗粒的所需复合物及其形成方法，其可基于适当选择所述颗粒的表面特性和所述聚合物的化学特性来形成。颗粒的高载量可通过遍布聚合物的良好分散来实现。所述复合物可具有良好的光学特性。在一些实施例中，所述无机颗粒实质上不具有表面修饰。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2009年12月31日，申请号为200980154020.1，专利技术名称为“聚硅氧烷聚合物与无机纳米颗粒的复合物”的申请的分案申请。 相关申请案交叉参考本申请案主张2009年I月8日申请的颁予杜(Du)等人的标题为“聚硅氧烷聚合物与无机纳米颗粒的复合物(Composites of Polysiloxane Polymers and InorganicNanoparticles) ”的共同待决美国专利申请案第61/143，206号的优先权，所述案件以引用方式并入本文中。
本专利技术涉及聚硅氧烷聚合物与无机纳米颗粒的复合物，尤其是其中纳米颗粒在聚合物基质中充分分散。本专利技术进一步涉及形成聚硅氧烷聚合物与无机纳米颗粒的复合物的方法。
技术介绍
因为复合物组合个别材料的所需特性并且相对于个别材料可提供独特特性，因此所述复合物可为多种应用的所需材料。聚合物一般可提供多种有利处理方法，同时可通过选择聚合物组成来提供众多种可用特性。类似地，无机材料可引入各种所需机械及物理特性。一般来说，商业应用对材料特性的需求日益增长。
技术实现思路
在第一方面中，本专利技术涉及包含第一聚硅氧烷聚合物和无机颗粒的复合组合物，其中无机颗粒的平均粒径不大于约250nm并且实质上不具有与聚硅氧烷聚合物不同的有机表面修饰。在一些实施例中，无机颗粒包含金属氧化物、金属氮化物或其组合。 在另一方面中，本专利技术涉及形成复合物的方法，所述方法包含以下步骤:在适宜溶剂中组合充分分散于分散剂液体中的无机颗粒与第一聚硅氧烷聚合物以溶解第一聚硅氧烷聚合物而形成掺合物。通常，无机氧化物颗粒的平均颗粒直径不大于约250nm并且实质上无有机表面修饰。在一些实施例中，无机颗粒包含金属氧化物、金属氮化物或其组合。 在另一方面中，本专利技术涉及包含第一聚硅氧烷聚合物、第二聚硅氧烷聚合物和无机颗粒的复合组合物。通常，无机颗粒的平均粒径不大于约250nm。在一些实施例中，第一聚硅氧烷聚合物具有与无机颗粒具有稳定相互作用的相容性官能团，并且第二聚硅氧烷聚合物不具有相容性官能团。在一些实施例中，无机颗粒包含金属氧化物、金属氮化物或其组口 ο 在其它方面中，本专利技术涉及形成复合物的方法，所述方法包含以下步骤:在适宜溶剂中组合充分分散的无机颗粒与第一聚硅氧烷聚合物以溶解第一聚硅氧烷聚合物而形成掺合物，和组合第二聚硅氧烷聚合物与无机颗粒和第一聚硅氧烷聚合物的掺合物。通常，无机氧化物颗粒的平均颗粒直径不大于约250nm。第一聚硅氧烷聚合物可包含与无机颗粒具有稳定化相互作用的相容性官能团。在一些实施例中，无机颗粒包含金属氧化物、金属氮化物或其组合。 【附图说明】 图1是散射强度随颗粒直径而变的曲线，其是基于在尚未进行表面修饰的氧化钛颗粒分散物中对次级粒径的光学测量。 图2是三种聚硅氧烷薄膜的透射率百分比随光波长而变的曲线，其中薄膜2和3是含有50重量％ (薄膜2)或60重量％ (薄膜3)氧化钛颗粒的复合物。 图3是散射强度随颗粒直径而变的曲线，其是基于在经表面修饰氧化钛颗粒的分散物中对次级粒径的光学测量，其中表面修饰包含疏水有机基团。 图4是含有聚硅氧烷和经表面修饰氧化钛的复合物的透射率百分比曲线，所述复合物是以用于获得图3中数据的经表面修饰颗粒来形成。 【具体实施方式】 可将较大载量的无机颗粒引入与硅氧烷聚合物形成的复合物中，在复合物内颗粒具有高均匀度水平。一般来说，很难组合无机颗粒与一些硅氧烷聚合物，因为两种材料在化学上不相容。然而，另外已发现，将适当选择的官能团引入硅氧烷聚合物上可改良无机颗粒与聚合物的相容性，从而可以高载量水平形成充分掺合的复合物。所选官能团可作为末端基团及/或分支基团来添加且在共聚物及/或聚合物掺合物内与某些单体结合。无机颗粒可经或不经表面修饰。具体来说，人们已惊讶地发现，可使用本文所述方法以高颗粒载量将无实质性有机表面修饰的无机颗粒纳入适宜硅氧烷聚合物中。在一些实施例中，聚合物掺合物可包含所选择与无机颗粒化学相容的寡聚物。无机颗粒在聚硅氧烷聚合物内达成的分散水平可使所得复合物具有极佳光学特性，但所述复合物可用于多种应用以及光学应用中。 对于用聚二甲基硅氧烷形成的复合物，已发现，相对于无机颗粒具有良好分散的高无机颗粒载量，基于无机颗粒表面修饰的方法一般无法获得所需结果。人们已发现，用无机颗粒表面特性对聚合物特性进行适当改造可使无机颗粒在聚硅氧烷聚合物内达成良好分散，且甚至可在高载量下维持此良好分散。因此，本文所述复合物包含具有相容性官能团的聚硅氧烷聚合物或寡聚物，所述官能团可在聚合物基质内稳定无机颗粒以形成充分掺合的复合物。聚合物的官能团可通过选择特定聚合物、共聚物内的某些单体及/或通过使用聚合物掺合物来引入。类似地，可对无机颗粒进行表面修饰以将适宜表面化学性质引入无机颗粒。 聚硅氧烷聚合物也称作硅酮，其基于聚合物的灵活性而具有商业适用性。硅酮橡胶和其它聚硅氧烷树脂用于形成密封剂、涂层和诸如此类。一般来说，这些聚合物具有高度热稳定性、氧化稳定性和耐化学性。无机颗粒可将所需机械、光学或功能特性引入复合物中，同时利用聚硅氧烷的所需特性。可使聚硅氧烷聚合物交联或固化以在与无机颗粒结合后提供所需物理特性。 人们已发现，复合物内高度分散的无机颗粒可使复合物材料显现均质材料的某些特性以及复合物的混合特性。一般来说，特定特性的距离标度与决定所述距离标度的特性相关联，颗粒在聚合物基质内的分散物在所述距离标度下应显现均匀，以使得材料关于所述性质看起来相对均质。因此，需要颗粒相对不聚集以使颗粒团不会过大。同样，需要颗粒相对均匀地分散。那么，复合物可透明且散射极小。颗粒分散物中一定程度的均匀度不足可导致一定程度的散射或其它相应显现的不均一性。由于无机颗粒在聚合物复合物内更均匀的分散而改良的光学特性进一步阐述于颁予奇鲁佛路(Chiruvolu)等人且标题为“聚合物与金属/类金属氧化物纳米颗粒的复合物以及形成所述复合物的方法(Composites ofPolymers and Metal/Metalloid Oxide Nanoparticles and Methods for Forming TheseComposites)”的公开的美国专利申请案第2008/0150184A号中，该案件以引用方式并入本文中。 复合物包含分散在聚硅氧烷聚合物或其组合内的无机颗粒或其组合。复合物可另外包含相对少量的添加剂，例如抗氧化剂、粘度改进剂和诸如此类。一般来说，复合物内无机颗粒载量的数值可基于选定应用所需的复合物特性和复合物中各种组份的特性来选择。在一些实施例中，较低无机颗粒载量即足够。然而，在一些实施例中，复合物包含至少约5重量％无机颗粒，在其它实施例中包含至少约10重量％，在其它实施例中包含约20重量％到约75重量％无机颗粒，且在其它实施例中包含约25重量％到约70重量％。所属领域技术人员应认识到，本揭示内容涵盖上述明确范围内的其它颗粒载量范围且其属于本揭示内容。 在一些实施例中，复合物包含多种聚硅氧烷聚合物，其中不同聚合物具有不同化学组成。具体来说，聚合物掺合物可包含2种不同聚合物、3种不同聚合物或3种以上不同聚合物。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合组合物，其包含第一聚硅氧烷聚合物和无机颗粒，其中所述无机颗粒具有不大于约250nm的平均粒径并且所述无机颗粒实质上不具有与所述聚硅氧烷聚合物不同的有机表面修饰，其中聚硅氧烷包含官能侧基，且其中约5数量％到约50数量％的所述官能侧基包含芳香官能团。

【技术特征摘要】
2009.01.08 US 61/143,2061.一种复合组合物，其包含第一聚硅氧烷聚合物和无机颗粒，其中所述无机颗粒具有不大于约250nm的平均粒径并且所述无机颗粒实质上不具有与所述聚硅氧烷聚合物不同的有机表面修饰，其中聚硅氧烷包含官能侧基，且其中约5数量％到约50数量％的所述官能侧基包含芳香官能团。2.根据权利要求1所述的复合组合物，其中所述硅酮聚合物具有与所述无机颗粒具有稳定相互作用的相容性官能团。3.根据权利要求1所述的复合组合物，其中所述无机颗粒包含金属氧化物。4.根据权利要求1所述的复合组合物，其中所述无机颗粒具有不大于约10nm的平均粒径。5.根据权利要求4所述的复合组合物，其中所述无机颗粒实际上不包含初级颗粒直径大于所述平均颗粒直径的约4倍的颗粒。6.根据权利要求4所述的复合组合物，其中所述无机颗粒中至少约95%所述颗粒具有大于所述平均初级颗粒直径的约60%且小于所述平均初级颗粒直径的约140%的初级颗粒直径。7.根据权利要求1所述的复合组合物，其中所述第一聚硅氧烷聚合物是均聚物。8.根据权利要求7所述的复合组合物，其中所述第一聚硅氧烷聚合物是共聚物。9.根据权利要求1所述的复合组合物，其进一步包含第二聚硅氧烷聚合物。10.一种形成复合物的方法，所述方法包含: 在适宜溶剂中组合充分分散于分散剂液体中的无机颗粒与第一聚硅氧烷聚合物以溶解所述第一聚硅氧烷聚合物而形成掺合物，所述无机氧化物颗粒具有不大于约250nm的平均颗粒直径且所述无机氧化物颗粒实质上不具有有机表面修饰，其中所述第一聚硅氧烷聚合物具有官能侧基，且其中约5数量％到约50数量％的所述官能侧基包含芳香官能团。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一聚硅氧烷聚合物包含与所述无机颗粒具有稳定化相互作用的相容性官能团。12.根据权利要求10所述的方法，其中所述无机颗粒包含金属氧化物。13.根据权利要求10所述的方法，其中所述无机颗粒是在基于流动的方法中合成。14.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：希夫库马尔·基尔沃卢，洪玲·朱，杜惠，
申请(专利权)人：纳克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US