含表面官能化纳米微晶纤维素的强化含氟聚合物复合物制造技术

提供强化含氟聚合物组合物，其包括含氟聚合物和氟官能化纳米微晶纤维素，其中所述纳米微晶纤维素的外周已经用氟化底物官能化。所述氟官能化纳米微晶纤维素可以与含氟聚合物用于制造稳定的分散体，所述分散体表现出复合材料中的纳米微晶颗粒和含氟聚合物之间增强的粘合性，和降低的纤维素表面的表面自由能。

【技术实现步骤摘要】
含表面官能化纳米微晶纤维素的强化含氟聚合物复合物
本专利技术笼统涉及纳米微晶纤维素，更具体而言，涉及制备强化含氟聚合物复合物并将氟官能化纳米微晶纤维素整合入聚合物基体以增强复合材料中纳米微晶纤维素颗粒与含氟聚合物之间的粘性的方法，其中所述纳米微晶纤维素的外周已经用氟化底物官能化。
技术介绍
纤维素纤维（cellulosefibers）及其衍生物构成了最丰富的可再生聚合物可用资源。由于其低廉的成本、可得性、可再生性和物理性质，纤维素纤维还是经济上可行的物质。因此，已经对它们用作强化剂（reinforcingagents）能力进行了广泛研究。纤维素通常被用作建筑材料（木材）、天然织物（棉花和亚麻），并被用于纸和纸板。此外，高性能纤维素基材料在整个工业和日常生活中使用。在所有的这些应用中，纤维素-纤维素相互作用以及纤维素-聚合物相互作用是至关重要却又不为人所熟知的。最近，关于纳米微晶纤维素（NCC）的研究已经变得越来越热门，特别是因为它们的可再生性和可持续性，以及它们作为强化剂的应用。NCC可通过酶水解或酸性水解水解纤维素纤维的非晶区和次晶区，并且将其分散在水中而由纤维素纤维获得。所获得的结晶纳米颗粒极其坚硬，纵向杨氏模量（Young’smodulus）理论上与的相似，使它们适合用作复合体系中的强化填料（reinforcingfillers）。NCC在表面还具有丰富的羟基基团和带负电的官能团（羧酸酯基、硫酸酯基）。这种带电的氢键表面导致在低介电介质中的不溶性和差的分散性，并且当其被整合入含氟聚合物复合物中可想而知会导致NCC的集聚。然而，NCC表面大量的羟基基团便于进行各种化学改性。一类化学表面改性可以包括官能化。已经主要进行许多化学官能化从而（1）在NCC表面引入稳定的负静电荷或正静电荷以获得更好的分散性，和（2）当在纳米复合物中与非极性或疏水基体结合使用时增强表面能特性以提高相容性。由于NCC的天然丰富、独特的材料特性和可持续性，其为复合体系中的填料（即无机碳纳米管）提供了替代物。例如，尽管含氟聚合物经常以优异的化学和热稳定性及低摩擦系数为特征，但是通常需要填料以改进含氟聚合物的机械强度。然而，这些填料性质上受限。尽管NCC可为有效的填料替代物，但是以保持NCC形态和晶体结构的方式化学官能化NCC表面仍然是一个挑战。此外，尽管NCC可在水性介质中形成稳定的悬浮液，但是它们在非极性溶剂或聚合物中仍然不易分散。因此，需要提供官能化NCC表面，使其成功地作为含氟聚合物复合物中的强化材料。参引Habibietal.,CelluloseNanocrystals:Chemistry,Self-Assembly,andApplications,Chem.Rev.,110,第3479-3500页(2010)，公开了纤维素纳米晶体化学、纤维素纳米晶体的性质、纤维素纳米晶体的自组装和组织、纤维素的结构和形态、纤维素纳米晶体的制备处理方法、纤维素纳米晶体的化学改性以及纤维素纳米晶体的应用。Kloseretal.,SurfaceGraftingofCelluloseNanocrystalswithPoly(ethyleneoxide)inAqueousMedia,Langmuir,26(16),第13450-13456页(2010)公开了制备的聚(环氧乙烷)-接枝纳米微晶纤维素（PEO-接枝NCC）的水性悬浮液以实现空间稳定性。使用两步方法：在第一步中，将通过硫酸水解制备的NCC悬浮液用氢氧化钠脱硫，在第二步中，在碱性条件下用环氧封端的聚(环氧乙烷)（PEO环氧化物）官能化晶体表面。浓缩PEO-接枝水性NCC悬浮液时，观察到手性向列相。Cranstonetal.,DirectSurfaceForceMeasurementsofPolyelectrolyteMultilayerFilmsContainingNanocrystallineCellulose,Langmuir,26(22),第17190-17197页(2010)，公开了含NCC和聚(烯丙胺盐酸盐)（PAH）的聚合电解质多层膜，其构成了纳米结构复合物的新类别，且应用于涂料及生物医学设备。Sassietal.,UltrastructuralAspectsoftheAcetylationofCellulose,Cellulose,2,第111-127页(1995)公开了使用来自法囊藻（Valonia）细胞壁的良好表征的纤维素样品进行纤维素乙酰化的超微结构研究并进行被囊纤维素（tunicin）试验均相乙酰化和非均相乙酰化。所得结果通过电子衍射和X-射线衍射实验得到证实。Cunhaetal.,Bi-phobicCelluloseFibersDerivativesviaSurfaceTrifluoropropanoylation,Langmuir,23,第10801-10806页(2007)研究了在甲苯悬浮液中用3,3,3-三氟丙酰基氯（TFP）对纤维素纤维进行表面改性。通过元素分析、傅立叶变换红外光谱（FTIR）、固相C-NMR、X-射线衍射、热重量分析法和表面分析对改性后纤维进行了表征。还评价了纤维素衍生物的水解稳定性。Gousséetal.,StableSuspensionsofPartiallySilylatedCelluloseWhiskersDispersedinOrganicSolvents,Polymer,43,第2645-2651页(2002)公开了经过了酸性水解和部分硅烷化的纤维素晶须。所述样品通过元素组成、X-射线衍射分析、FT-IR、透射电子显微镜法进行表征，并且研究了其在各种极性的有机溶剂中的分散。Gousséetal,SurfaceSilylationofCelluloseMicrofibrils:PreparationandRheologicalProperties,Polymer,45,第1569-1575页(2004)公开了来自薄壁细胞壁均质化的纤维素微纤丝的悬浮液，其用异丙基二甲基氯硅烷进行了表面硅烷化。发现在温和的硅烷化条件下，微纤丝保持了它们的形态，但是可以非絮凝的方式分散进入有机溶剂。Navarroetal.,HighlyHydrophobicSisalChemithermomechanicalPulp(CTMP)PaperbyFluorotrimethylsilanePlasmaTreatment,Cellulose,10,第411-424页(2003)研究了采用三甲基氟硅烷（FTMS）射频等离子体条件在化学热磨机械浆（CTMP）剑麻纸表面生成的氟化薄层。其还研究了将等离子体用于原位聚合物合成以及膜和纤维的表面改性。Yuanetal.,SurfaceAcylationofCelluloseWhiskersbyDryingAqueousEmulsion,Biomacromolecules,7,第696-700页(2006)公开了具有高疏水性的微晶纤维素的表面酰化方法。还公开了表面酰基化的须晶，其保留了其形态和结晶完整性并且在低极性溶剂中易于分散。Siqueiraetal.,CelluloseWhiskersversusMi本文档来自技高网...

【技术保护点】
强化含氟聚合物复合物，其包括：含氟聚合物；和氟官能化纳米微晶纤维素，其中所述纳米微晶纤维素的外周已经用含氟底物官能化。

【技术特征摘要】
2012.04.13 US 13/446,5191.强化含氟聚合物复合物，其包括：含氟聚合物；和氟官能化纳米微晶纤维素，其中所述纳米微晶纤维素的外周已经用含氟底物官能化，其中所述氟官能化纳米微晶纤维素所含的氟官能团为由式(1)代表的基团其中n为0至11，m为0至6，r为1至4，p为0至5，q为1至3；并且所述含氟聚合物复合物的韧度为500in·lbf/in3至10000in·lbf/in3。2.权利要求1的强化含氟聚合物复合物，其中所述氟官能化纳米微晶纤维素的表面官能化百分比为5至90％。3.权利要求1的强化含氟聚合物复合物，其中所述含氟聚合物复合物中的氟含量为1至4...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·杜利，齐愉，C·穆尔勒格，张琪，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：