纳米复合材料及其生产方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米复合材料，包含粘土和阳离子介体，该阳离子介体包含疏水性单元和阳离子单元。粘土被阳离子介体层离或添入。本发明专利技术进一步提供了一种包含纳米复合材料的组合物，例如聚合物配方。纳米复合材料实际上可用于配方组合物，例如橡胶和轮胎产品，以改善并均衡包括透气性、固化性能和／或机械性能等的性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及一种纳米复合材料，它包含粘土和由疏水性单元和阳离子单元构成的阳离子介体，该阳离子介体包含。纳米复合材料可用于配制组合物，例如具有改善和均衡的包括透气性、固化性能和/或机械性能等在内的性能的橡胶和轮胎产品。自Usuki等人发现分层尼龙/粘土纳米复合材料(J.Mater.Res.1993，8，1174)，已经广泛努力制备多种聚合物层状材料复合物。可溶混的聚合物层状材料分散体的普通形态已知是添入和层离的，这改善了聚合性能，例如机械性、阻透性/渗透性、热性质和热变形温度。然而，对于聚合物，特别是非极性的聚合物，很难获得较好层离的聚合物层状材料纳米复合材料。不透气性对于许多聚合物产品例如丁基橡胶是重要的。然而，丁基橡胶中的不饱和键能被大气中的臭氧攻击。这些攻击可以随时间导致氧化降解，这可以随后导致链断裂。因此，一直需要降低聚合物的透气性。一种降低透气性的技术是使用较好层离的层状材料作为添加剂。然而，必须平衡透气性和其它聚合物性能例如固化平稳、肖氏A硬质、固化能力、橡胶阻尼性能、固化时间、模量和应力-应变，以获得总体优异性能。例如，尽管降低了透气性，但源自某些低分解温度有机铵盐的有机粘土可以破坏或延迟橡胶化合物的固化过程，特别是在使用自由基固化、硫固化、氧化锌固化等时。优选，本专利技术提供了一种纳米复合材料，其实际上可用于配方组合物，例如橡胶和轮胎产品，以改善并均衡包括透气性、固化性能和/或机械性能等的性能。专利技术概述根据一种实施方式，本专利技术提供了一种纳米复合材料，其包含粘土和阳离子介体，该阳离子介体由疏水性单元和阳离子单元构成，其中该粘土由阳离子介体层离或添入(exfoliated或intercalated)。本专利技术还提供了层离/添入粘土的方法。根据另一种实施方式，本专利技术提供了一种细合物，包含粘土；由疏水性单元和阳离子单元构成的阳离子介体；和碳链或杂链聚合物。阳离子介体和聚合物层离或添入粘土。本专利技术的另一种实施方式提供了包括该纳米复合材料的新橡胶配方和轮胎产品。 附图说明本专利技术可以采用多种成分和成分配置，以及多个步骤和步骤配置。附图仅是用于阐述优选实施方式，不被认为是限定本专利技术，附图中类似参考数字代表全部几个附图中的类似成分。附加到这里的附图中图1显示了纳米复合材料的小角度X射线散射(SAXS)，该纳米复合材料包含用阳离子介体例如离子液体表面活性剂处理的云母。图2显示了纳米复合材料的小角度X射线散射(SAXS)2-维图像，该纳米复合材料包含用阳离子介体例如离子液体表面活性剂处理的云母。图3显示了有机粘土/丁基橡胶纳米组合物的小角度X射线散射(SAXS)。图4显示了有机粘土/丁基橡胶纳米组合物的小角度X射线散射2-维图像。图1-4显示了在用X射线辐照离子液体表面活性剂处理的云母和本专利技术有机粘土/丁基橡胶纳米组合物时的小角度X射线散射图案。这些样品的X射线散射由粘土层、表面活性剂和/或丁基橡胶分子中的电子密度差异产生。由于从粘土层、表面活性剂和/或丁基橡胶分子发射的次生波干扰形成散射图案。SAXS的结果主要是电子密度的傅里叶变换强度，并反映样品的微观结构。根据布拉格定律，可以根据峰位和强度计算样品的结构参数，例如粘土层之间的距离。图5显示了一种实施方式中，作为有机粘土处理橡胶的固化时间函数的扭矩变化。图6显示了本专利技术一种实施方式中四个样品的广角X射线衍谢(XRD)。该四个样品是MAE粉末、MAE处理的Exxpro橡胶、MAE处理的用三烯丙基胺改性的Exxpro橡胶，和MAE处理的用三丁基胺改性的Exxpro橡胶。图7显示了本专利技术一种实施方式中三个样品的小角度X射线散射(SAXS)。该三个样品是MAE粉末、MAE处理的Exxpro橡胶、MAE处理的用三烯丙基胺改性的Exxpro橡胶，和MAE处理的用三丁基胺改性的Exxpro橡胶。说明性实施方式的详细说明本专利技术提供了一种纳米复合材料，其包含(a)由疏水性单元和阳离子单元构成的阳离子介体，和(b)粘土，其中阳离子介体添入和/或层离粘土。本专利技术纳米复合材料可以包括但不限于，通常被称为有机粘土的物质。此处使用的术语“阳离子介体”描述了一种化学物种，其能够有效调节或兼容不能混合的有机聚合物和例如粘土的无机层状材料，进入相对均匀的状态，而没有相分离。通常，该介体促进了有机聚合物添入层状材料的诸层之间。阳离子介体可以包含至少一种通常也是亲水性的阳离子单元，该阳离子单元可以以相比结合至通常也是疏水性的有机材料，例如丁基橡胶更高的亲合性有效结合至无机层状材料的诸层。虽然阳离子介体通常通过亲水性相互作用或离子键结合至无机层状材料，它也可以通过多种物理和化学力，例如疏水性相互作用、共价键、π-π叠加相互作用、锁钥型相互作用、氢键、和配价键等结合或连接至有机材料。因此，除了“至少一种阳离子单元”，本专利技术的阳离子介体含包含有机粘合单元，例如足够长的烷基链，或共价键聚合物基团等。阳离子单元可以是单原子或多原子的，并具有一个或更多基本质子电荷，即正电荷。取决于阳离子介体的特定结构，例如存在或没有共轭体系和阳离子单元是否包含共轭体系，正电荷(一个或多个)可以是定位或不定位的。阳离子介体可以伴随有带负电荷的物种，以平衡其正电荷，并中和体系的总体电荷。虽然带负电荷的物种通常是独立的，例如平衡离子(一个或多个)，此外可行的是带负电荷的物种是部分阳离子介体，通过其形成内盐。在多个实施方式中，阳离子介体的平衡离子还可以是层状材料中带负电荷的层，例如阳离子介体通过在层中间添入具有层状材料的交换阳离子后。本专利技术阳离子介体的示范性反离子可以包括但不限于简单的阴离子例如Cl-，Br-，F-，I-，O2-，S2-，Se2-，Te2-，N3-，As3-等；和多原子的阴离子例如BF4-，PF6-，CO32-，HCO3-，SO42-，CF3SO3-，SO32-，S2O32-，HSO4-，H2PO4-，HPO42-，PO43-，NO2-，NO3-，C2O42-，C2H3O2-，OH-，O22-，N3-，CrO42-，Cr2O72-，BO33-，MnO4-，AsO43-，SCN-，CN-，CNO-，ClO-，ClO2-，ClO3-，ClO4-，BrO-，BrO2-，BrO3-，BrO4-，IO-，IO2-，IO3-，IO4-等。如将完全描述的，本专利技术示范性阳离子介体可以大体分为四个典型种类，如下表所示。 制备I类阳离子介体可以通过反应卤化C≥4烃例如辛基氯化物和十六烷基氯化物与杂环阳离子前体例如1-甲基咪唑和1-苯甲基咪唑；制备II类阳离子介体可以通过反应卤化聚合物与杂环阳离子前体例如1-甲基咪唑和1-苯甲基咪唑；制备III类阳离子介体可以通过反应卤化C≥4烃例如辛基氯化物和十六基氯化物与通式B-I～XIII(在下文中描述)盐前体例如三丁胺或三烯丙基胺；制备IV类阳离子介体可以通过反应卤化聚合物与通式B-I～XIII盐前体例如三丁胺或三烯丙基胺。通常，在升高的温度下制备这些阳离子介体，例如高于约40℃。包含I类阳离子介体的纳米复合材料纳米复合材料可以包含(a)阳离子介体，其包含C≥4烃作为疏水单元和杂环阳离子作为阳离子单元，和(b)粘土，其中阳离子介体添入和/或层离粘土。优选，粘土被充分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米复合材料，其包含（ａ）由疏水性单元和阳离子单元构成的介体，和（ｂ）粘土，其中所述阳离子介体添入和／或层离所述粘土。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小荣，V福尔茨，笔本启之，
申请(专利权)人：株式会社普利司通，
类型：发明
国别省市：JP[]