包含聚(芳基醚酮)和石墨烯材料的聚合物組合物的製作方法

2023-12-03 10:40:41

專利名稱：包含聚(芳基醚酮)和石墨烯材料的聚合物組合物的製作方法
包含聚(芳基醚酮)和石墨烯材料的聚合物組合物相關申請的交叉引用本申請要求於2010年10月12日提交的美國臨時申請號61/392，281的優先權，為所有目的將該申請的全部內容通過引用結合在此。本發明涉及包含聚(芳基醚酮)和石墨烯材料的聚合物組合物。聚(芳基醚酮)是已知的一類所謂的耐高溫聚合物，它們已經在熱塑性聚合物之前所不能提供的諸多應用中有了逐漸增加的用途。總體而言，術語聚(芳基醚酮)是指以下聚合物，其多於50%的重複單元是具有一種或多種含有至少一個亞芳基基團、至少一個醚基團以及至少一個酮基團的化學式的重複單元。聚(芳基醚酮)是從諸多來源可商購的，例如來自Solvay Advanced PolymersLLC 的 KetaSpire 或來自 Victrex pic 的 Victrex '。聚(芳基醚酮)總體上被認為是先導性半晶質高性能聚合物。作為半晶質聚合物，未增強的聚(芳基醚酮)不適合在高於它們的玻璃化轉變溫度的應用中使用並且因此發展了纖維增強的等級以延長有用的溫度範圍並且改進剛性。然而，纖維增強同時增加最大使用溫度對延展性和耐衝擊性具有 消極的影響，而這是不希望的。基於某些聚合物的傳導性組合物(包括聚(芳基醚酮)作為一種類型的聚合物以及碳納米管)已描述於授予通用電氣公司(General Electric Company)的美國專利7，354，988中。這些產品可以有利地用於製造汽車部件或其中需要導電性的其他部件。W02008/048705披露了一種薄膜，用於向基底提供所希望水平的雷擊保護，該薄膜包括一種具有低密度傳導性材料的聚合物薄膜，該傳導性材料包括遍及該薄膜分散的納米顆粒。在合適的納米顆粒中提及了碳納米纖維和碳納米管並且在一組熱塑性聚合物材料中提及了聚(芳基醚酮)。W008/056123披露了包括至少一種預浸料JS(prepreg)的複合材料,所述預浸料坯包括至少一種聚合物樹脂以及至少一種分散在該聚合物樹脂中的纖維增強和傳導性顆粒。其中提及了石墨烯片作為非金屬的傳導性顆粒，並且在一個可擴展的清單中提及了聚醚醚酮作為一種合適的聚合物。美國專利申請2002/085968涉及一種用於提供自組裝的物體的方法，這些物體包括單壁碳納米管(管狀碳分子)以及包含聚合物和此類管狀碳分子的組合物。根據說明書以及權利要求，該管狀碳分子可以是一種基本上無缺陷的柱狀石墨烯片，具有從IO2至IO6個碳原子並且在柱狀片相對的末端上具有富勒烯帽端或取代基。如稍後將說明的，出於本發明的目的而定義的石墨烯材料不能具有管狀結構。儘管前述產品在導電性以及雷擊防護方面具有令人滿意的特性，但對於具有在一方面強度及最大使用溫度並且另一方面延展性連同良好的耐衝擊性方面的特性的良好平衡的聚(芳基醚酮)仍然存在需要。因此，本發明的一個目的是提供在一方面剛性以及另一方面韌性之間的良好平衡的聚(芳基醚酮)組合物。
這一目的通過根據權利要求1所述的聚合物組合物得到實現。優選實施方案在下文中於從屬權利要求和詳細說明書中提出。出人意料地，已經發現向聚(芳基醚酮)中加入相對較低量的石墨烯材料(如下文所述)在拉伸模量上提供了顯著的增加而產品仍呈現出正常的屈服行為以及高水平的衝擊強度。進一步出人意料地，已經發現儘管使用了相對較低的量，石墨烯材料的加入還顯著改進了升高的溫度下的剛性和模量。此外，與各自的純淨聚合物相比可以觀察到結晶速率的增加，這允許生產周期更快並且在某些情況下使得後成型退火(這在現有技術中經常使用)並非是必需的。根據本發明的聚合物組合物含有至少一種聚(芳基醚酮)作為組分A)。術語聚(芳基醚酮)在此使用時包括任何以下聚合物，該聚合物所具有的多於50%的重複單元具有一種或多種包含至少一個亞芳基基團、至少一個醚基團(-0-)以及至少一個酮基團(-CO-)的化學式。PAEK的優選的重複單元衍生自以下化學式(I)至(5):
權利要求
1.一種聚合物組合物，其包括 A)聚(芳基醚酮)以及B)基於A)和B)的組合的重量，0.1wt.%至70wt.%的至少一種非管狀石墨烯材料。
2.根據權利要求1所述的聚合物組合物，其中所述石墨烯材料是片材料。
3.根據權利要求1至2中任一項所述的聚合物組合物，其中組分B)的含量基於組分A)和B)的組合的重量是至少0.5wt.%。
4.根據權利要求3所述的聚合物組合物，其中組分B)的含量基於組分A)和B)的組合的重量是至少Iwt.%。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的聚合物組合物，其中組分B)的含量基於組分A)和B)的組合的重量是最多20wt.%。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的聚合物組合物，其中所述聚(芳基醚酮)包括一種或多種具有化學式(I)至(5)的重複單元
7.根據權利要求1至6中任一項所述的聚合物組合物，其還包括一種除聚(芳基醚酮)之外的半晶質聚合物，其中聚(芳基醚酮)與半晶質聚合物的重量比大於或等於I。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的聚合物組合物，其還包括一種無定形聚合物，其中聚(芳基醚酮)與無定形聚合物的重量比大於或等於0.5。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的聚合物組合物，其中所述聚(芳基醚酮)包括一種或多種具有化學式(6)至(2 5)的重複單元
10.根據權利要求9所述的聚合物組合物，其中所述聚(芳基醚酮)包括一種或多種具有化學式(6)至(8)的重複單元。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的聚合物組合物，其中納米石墨烯小片被用作石墨烯材料。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的聚合物組合物用於製造模製的物品的用途。
13.根據權利要求1至11中任一項所述的聚合物組合物用於通過擠出製造物品的用途。
14.根據權利要求13所述的用途，其中製造了棒、管、片或薄膜。
15.由根據權利要求1至11中的任一項所述的聚合物組合物製成的模製或擠出的物品O
全文摘要
包含聚(芳基醚酮)和石墨烯材料的聚合物組合物。
文檔編號C08K3/04GK103249769SQ201180058596
公開日2013年8月14日 申請日期2011年10月10日 優先權日2010年10月12日
發明者克米特·S·克萬, 穆罕默德·賈邁勒·埃爾-希勃利, 漢斯·愛德華·米爾特納 申請人:索維公司