包含基质聚合物和层状粘土材料的、可萃取物质水平改进的聚合物纳米复合材料制造技术

本发明专利技术涉及聚合物－粘土纳米复合材料，其包含可熔融加工的基质聚合物和层状粘土材料，其具有降低的可萃取物质例如有机阳离子的可萃取盐水平。本发明专利技术还涉及制备聚合物－粘土纳米复合材料的方法，以及由纳米复合材料生产的制品或者产品。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及聚合物-粘土纳米复合材料，其包含基质聚合物和层状粘土材料，其具有改进的可萃取物质水平。包含层状粘土材料的聚合物-粘土纳米复合材料可以在正常条件下加工，同时提供低的雾度和改进的氧气阻隔性能。本专利技术进一步涉及由该聚合物-粘土纳米复合材料生产的制品和与该纳米复合材料有关的加工方法。
技术介绍
热塑性材料越来越多地用于包装饮料和易腐食品。塑料通常是用于食品和饮料包装的选择材料，因为它们具有透明性、柔软性、坚韧性、气体阻隔性能、较轻的重量、可加工性和高光泽度。包含具有分散在其中的片状粒子的层状粘土材料的聚合物纳米复合材料具有改进性能的潜力，包括提高的气体阻隔、热挠曲温度和模量。然而，来源于分散在聚合物纳米复合材料中的层状粘土材料的片状粒子，在熔体加工操作例如拉伸或者薄膜取向期间，也可能诱导结晶和空洞形成。这可能导致很高的雾度水平和/或薄膜气体阻隔性能的降低。其由纳米复合材料制造，其使纳米复合材料不太适合用于例如食品包装应用。在将现有技术纳米复合材料用于拉伸吹塑应用期间，觉察到的类似现象甚至可能导致在聚合物膜中形成孔隙和破洞，其通常使那些组合物在高阻隔应用中的价值降低。某些有机阳离子盐已经被用于现有技术，以对用于生产纳米复合材料的层状粘土材料进行插层和/或阳离子交换。在现有技术中已经教导了在对层状粘土材料进行插层时使用过量的有机阳离子盐，以促进层状粘土材料中完全的阳离子交换，并由此促进粘土分散体到各种载体材料中，从而提供希望的单个的片状粒子。结果，现有技术中的插层的层状粘土材料，可能被用作起始材料用来对层状粘土材料进行插层和/或离子交换的有机阳离子盐污染。提供具有改进的某些可萃取物质、例如有机阳离子的可萃取盐水平的插层层状粘土材料，对于某些应用将是有益的。专利技术概述本专利技术一般地涉及聚合物-粘土纳米复合材料。本专利技术的纳米复合材料和/或插层层状粘土材料，作为在其中引入包含片状粒子的层状粘土材料的结果，导致改进的物理性能。所述层状粘土材料可以用有机阳离子处理或者改性以形成有机粘土。通过使用具有改进的被用来制备所述层状粘土材料的某些可萃取物质、例如某些有机阳离子盐水平的层状粘土材料，可以获得降低的通过所述纳米复合材料的、例如氧气和二氧化碳的透气性水平和改进的纳米复合材料的透明性。本专利技术另外的优点将在随后的详细说明中部分地提出，和部分地通过说明书得到明确，或者可以通过实践本专利技术而了解。本专利技术的优点将借助于尤其在附加的权利要求中指出的要素和组合而得以认识和实现。应当理解，上述一般说明及以下详细说明两者均是本专利技术优选实施方案的示例和解释，对于如权利要求所要求保护的本专利技术不是限制性的。专利技术详述参考以下关于本专利技术的详述和其中提供的实施例会更容易理解本专利技术。应理解本专利技术并不限于所述的具体组分、制品、方法和/或条件，因为这些当然都可以改变。还应理解，本文所用的术语中只是为了用来描述特定具体实施方案而无意成为限制性的。还要指出，如本说明书和所附权利要求中所用，单数形式“一个”和“这个”包括复数在内，除非上下文中清楚指出。例如，提到由本专利技术的纳米复合材料和方法制造的一个“制品”、“容器”或“瓶子”，意指包括许多个制品、容器或瓶子。范围在本文中可表示为从“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表示这样一个范围时，另一个实施方案包括从一个特定值和/或到另一个特定值。同样，当数值用先行词“约”表示为近似值时，应理解特定值形成另一个实施方案。将进一步理解，每一范围的终点相关于其它终点和独立于其它终点都是重要的。凡用于本说明书中，下面列出的术语将具有如下意思“层状粘土材料”、“层状粘土”、“层状材料”、“粘土材料”或“粘土”均指任何有机或无机材料或它们的混合物，如近晶型粘土矿，其形式是许多相邻的粘结层。该层状粘土包含片状颗粒且一般是可溶胀的。“片状”、“片状颗粒”或“颗粒”将指层状粘土材料中各分立或聚集的非粘结层。这些层的形式可以是分立的片状颗粒、片状颗粒的有序或无序聚集体(局部取向胶)和/或局部取向胶的小聚集体。“分散”或“分散的”是指片状颗粒很多种不同分离程度的一般术语。较高的分散程度包括，但不限于，“插层”和“剥离”。“插层的”或“插层物”将指一种层状粘土材料，它包括处理过或有机改性过的、相邻片状颗粒和/或局部取向胶之间的层间距有所增加的层状粘土材料。插层物也叫做“有机粘土”。“剥离”或“剥离的”将指大多以分立状态分散在载体材料如基质聚合物中的片状物。一般地说，“剥离”用来指片状颗粒的最高分离程度。“剥离法”将指一种用来从一种插层或其它分散程度较低的分离状态形成剥离的方法。“纳米复合材料”将指一种在其中分散了很多获自层状粘土材料的分立片状的聚合物和/或共聚物。“基质聚合物”将指一种热塑性或热固性聚合物，粘土材料分散在其中形成纳米复合材料。组分的重量百分数，除非特别地相反说明，以包括该组分的制剂或者组合物的总重量为基准。如用于说明书和结论性权利要求的，化学物类的残余物指在特定反应流程或者随后制剂或者化学产品中化学物类的得到的产物的部分，与该部分实际上是否从该化学物类获得无关。因此，聚酯中的乙二醇残基指聚酯中一种或多种-OCH2CH2O-重复单元，与乙二醇是否被用来制备该聚酯无关。术语“烷基”在此指支链或者无支链的具有1到22个碳原子的饱和烃基团，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、辛基、癸基、十四基、十六基、十八基等等。术语“低级烷基”指具有1到4个碳原子的烷基基团。本专利技术涉及具有改进的物理性能的聚合物-粘土纳米复合材料，所述物理性能通过引入从层状粘土材料获得的粘土片状粒子提供，其具有低的和/或降低的某些可萃取物质的水平。本专利技术的纳米复合材料可以显示出人意料地降低的雾度和孔隙水平，并由此产生出人意料地改进的在某些应用中的气体阻隔性能。按照本专利技术，已经发现过量的有机阳离子盐，其按照现有技术的教导通常保持在插层的层状粘土材料中，在用于形成本专利技术的纳米复合材料的基质聚合物的熔化温度下是对热不稳定的。不受任何特定理论束缚，相信过量有机阳离子盐的热分解可以导致挥发性有机化合物和/或酸(包括氢卤酸例如HCl)的形成。如果甚至较少过量的可萃取材料，包括有机阳离子盐，保持与插层的层状粘土材料接触，并被引入纳米复合材料中，则挥发和/或热降解反应可能会导致基质聚合物分子量的降低、形成气体和/或砂眼和/或变色。砂眼和/或变色可能严重地降低得到的纳米复合材料和由其得到任何制品的气体阻隔性能、透明性和雾度。因此，希望提供基本上没有可萃取物质例如可萃取的有机阳离子盐的纳米复合材料。因此，在某些方面，本专利技术涉及聚合物-粘土纳米复合材料，其包含a)基质聚合物，和b)分散在所述基质聚合物中的片状物，其从层状粘土材料获得，在所述层状粘土材料中具有可交换的阳离子，其中，所述可交换的阳离子基本上由一种或多种有机阳离子组成，和所述层状粘土材料基本上不含可萃取的有机阳离子盐。聚合物任何基质聚合物或者低聚树脂可以用于本专利技术。基质聚合物是这样的聚合物，其具有的化学结构和物理性能容许相容的片状粒子在其中分散，以便所述聚合物分子和片状粒子在分子或者大分子的尺度上形成基本上均匀的混合物。基质聚合物可以被加热以形成流体熔体，或者可以溶于一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物－粘土纳米复合材料，其包含：ａ）基质聚合物，和引入其中的ｂ）从具有可交换的阳离子的层状粘土材料制备的片状物，其中ｉ）所述层状粘土材料的可交换的阳离子基本上由一种或多种有机阳离子组成，和ｉｉ）所述层状粘土材料基本上不 含可萃取的有机阳离子盐。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S巴格罗迪亚，LT格尔米纳里奥，JW吉尔默，T蓝，V普斯霍吉奥斯，
申请(专利权)人：南卡罗来纳州大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：US[美国]