неорганическо-органический нанокомпозит

Формула изобретения

1. Неорганическо-органический нанокомпозит для применения в качестве наполнителя для композиций, содержащих полимерные смолы, содержащий, по крайней мере, один неорганический компонент, который представляет собой слоистые неорганические наночастицы с одним или более измерениями менее чем около 1000 нм и который способен подвергаться ионному обмену,

и, по крайней мере, один органический компонент, который является четвертичным аммониевым органополисилоксаном, в котором четвертичные аммонийные группы находятся в конечных позициях органополисилоксана и/или в цепи силоксана, и где

четвертичный аммониевый органополисилоксан получают посредством реакции аллиламина с полидиорганополисилоксаном, имеющим связи Si-H, в присутствии катализатора гидросилилирования, с образованием аминсодержащего органополисилоксана, для последующего получения четвертичного аммониевого органополисилоксана.

2. Неорганическо-органический нанокомпозит по п.1, где слоистые неорганические наночастицы содержат катионы, способные к обмену, выбранные из группы Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺ , Fe²⁺, Fe³⁺, Mg²⁺ и их смеси.

3. Неорганическо-органический нанокомпозит по п.1, где слоистые наночастицы представляют собой, по крайней мере, один член, выбранный из группы, состоящей из монтмориллонита, монтмориллонита натрия, монтмориллонита кальция, монтмориллонита магния, нонтронита, бейделлита, волконскоита, лапонита, гекторита, сапонита, сауконита, магадита, кеньяита, собоскита, свиндордита, стивенсита, вермикулита, галлуазита, оксидов алюминатов, гидроталькита, иллита, ректорита, тарозовита, ледикита, каолинита и их смеси.

4. Неорганическо-органический нанокомпозит по п.1, где слоистые наночастицы имеют максимальный поперечный размер между примерно 0,01 мкм и примерно 10 мкм и средний максимальный вертикальный размер между примерно 0,5 нм и примерно 10 нм.

5. Неорганическо-органический нанокомпозит по п.1, где четвертичным аммонийным органополисилоксаном является, по крайней мере, один аммонийсодержащий диорганополисилоксан, имеющий формулу:

M_aD_bD' _c,

где «а» является 2, и «b» равно или больше 1, и «с» является нулем или положительным числом; М является

[R³ _zNR⁴]_3-x-yR¹ _xR² _ySiO_1/2,

где «х» является 0, 1 или 2, и «у» является либо 0, либо 1, при условии ограничения, что х+y меньше или равно 2, «z» равно 2, R¹ и R² каждый независимо является моновалентной углеводородной группой до 60 атомов углерода; R ³ выбран из группы, состоящей из Н и моновалентной углеводородной группы до 60 атомов углерода; R⁴ является моновалентной углеводородной группой до 60 атомов углерода; D является

R⁵R⁶SiO_1/2,

где R ⁵ и R⁶ каждый независимо является моновалентной углеводородной группой до 60 атомов углерода; D' является

R⁷R⁸SiO_2/2,

где R⁷ и R⁸ каждый независимо является моновалентной углеводородной группой, содержащей амин общей формулы:

[R⁹ _aNR¹⁰],

где «а» является 2, R⁹ выбран из группы, состоящей из Н и моновалентной углеводородной группы до 60 атомов углерода; R ¹⁰ является моновалентной углеводородной группой до 60 атомов углерода.

6. Неорганическо-органический нанокомпозит по п.5, где четвертичная аммонийная группа представлена формулой R⁶R⁷R⁸N⁺X^- , где, по крайней мере, один R⁶, R⁷ и R ⁸ является алкоксисиланом до 60 атомов углерода, и оставшиеся группы являются алкильными или алкенильными группами до 60 атомов углерода, и Х является анионом.

7. Неорганическо-органический нанокомпозит по п.1, где четвертичный аммонийный органополисилоксан образуется в результате реакции аминосилана, содержащего, по крайней мере, одну гидролизуемую группу, с водой, в условиях гидролиза/конденсации, с образованием органополисилоксана с концевой аминогруппой, с последующей кватернизацией органополисилоксана с концевой аминогруппой, с образованием аммонийного органополисилоксана.

8. Неорганическо-органический нанокомпозит по п.1, где четвертичный аммонийный органополисилоксан образуется кватернизацией аминосилана, содержащего, по крайней мере, одну гидролизуемую алкоксигруппу(ы) до гидролиза/конденсации, с образованием аммонийорганополисилоксана.

9. Неорганическо-органический нанокомпозит по п.1, где четвертичный аммонийный органополисилоксан образуется посредством гидросилилирования аллиламином органополисилоксана с терминальным водородом в присутствии катализатора гидросилилирования с образованием органополисилоксана, с концевой аминогруппой, с последующей кватернизацией органополисилоксана с концевой аминогруппой с образованием аммонийорганополисилоксана.

10. Неорганическо-органический нанокомпозит по п.1, в котором композиция, содержащая полимерные смолы, представляет собой выбранную из герметизирующей композиции, композиции покрытия, клеевой композиции, уплотнительной композиции и композиции пластика.

11. Способ получения неорганическо-органического нанокомпозита по пп.1-10, включающий стадии:

a) реакции аминосилана, содержащего, по крайней мере, одну гидролизуемую алкоксигруппу с водой, возможно, в присутствии катализатора, с образованием органополисилоксана с концевой аминогруппой;

b) кватернизации органополисилоксана с концевой аминогруппой с образованием четвертичного органополисилоксана; и

c) объединения четвертичного органополисилоксана со слоистыми неорганическими наночастицами, имеющими способные к обмену катионы, с образованием неорганическо-органического нанокомпозита.

12. Способ по п.11, где аминосилан является первичным, вторичным или третичным аминосиланом, содержащим, по крайней мере, одну гидролизуемую алкоксильную группу.

13. Способ по п.11, где катализатор выбран из группы, состоящей из металлоорганических соединений, кислот, оснований и их смесей.

14. Способ по п.11, где органополисилоксан с концевой аминогруппой кватернизируется минеральной кислотой, алкилгалогенидом или их смесью.

15. Неорганическо-органический нанокомпозит, полученный способом по п.11.

16. Неорганическо-органический нанокомпозит, полученный способом по п.12.

17. Неорганическо-органический нанокомпозит, полученный способом по п.13.

18. Неорганическо-органический нанокомпозит, полученный способом по п.14.

19. Композиция для покрытий, герметиков, уплотнителей, клеев и пластиков, содержащая, по крайней мере, одну твердую синтетическую смолу и, в качестве ее частичного или единственного наполнителя, по крайней мере, один неорганическо-органический нанокомпозит по п.1.

20. Композиция по п.19, где смола является, по крайней мере, одной, выбранной из группы, состоящей из эпоксида, поликарбоната, силикона, сложного полиэфира, полиэфира, полиолефина, природного и синтетического каучука, полиуретана, нейлона, полистирола, поливинилароматического соединения, акриловой смолы, эфира акриловой кислоты полиамида, полиимида, фенольного полимера, поливинилгалогенида, полифениленоксида, поликетона, их сополимера и их смеси.

21. Композиция по п.19, где неорганическо-органический нанокомпозит присутствует в ней примерно в количестве до 90 вес.%.

22. Композиция для покрытий, герметиков, уплотнителей, клеев и пластиков, содержащая, по крайней мере, одну твердую синтетическую смолу и, в качестве ее частичного или единственного наполнителя, по крайней мере, один неорганическо-органический нанокомпозит, полученный по п.11.

23. Композиция по п.22, где смолой является, по крайней мере, одна из эпоксида, поликарбоната, силикона, сложного полиэфира, полиэфира, полиолефина, природного и синтетического каучука, полиуретана, нейлона, полистирола, поливинилароматического соединения, акриловой смолы, эфира акриловой кислоты полиамида, полиимида, фенольного полимера, поливинилгалогенида, полифениленоксида, поликетона, их сополимера и их смеси.

24. Композиция по п.22, где неорганическо-органический нанокомпозит присутствует в ней в количестве примерно до 90 вес.%.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в основном относится к улучшенным композициям нанокомпозита и способам их получения и применения. Более конкретно, настоящее изобретение относится к неорганическо-органическим нанокомпозитам и способам их получения. Также настоящее изобретение касается применения данных неорганическо-органических композиций нанокомпозита, например, в покрытиях, герметиках, уплотнителях, клеях и пластиках.

Уровень техники изобретения

Неорганическо-органические нанокомпозиты могут проявлять улучшенные механические свойства по сравнению с их компонентами в отдельности. С целью оптимизации эксплуатационных характеристик данных материалов обычно желательно диспергировать неорганические компоненты в органической матрице в нанометровом масштабе. Пригодными для получения неорганическо-органических нанокомпозитов являются глины и другие слоистые неорганические вещества, которые могут разделяться на нанометровые строительные блоки.

Добавление материалов глины к полимерам известно в области техники, однако включение глин в полимеры может и не привести к желаемому улучшению физических свойств, в частности механических свойств полимера. Например, это может быть связано с низким сродством глины и полимера на поверхности контакта или связыванием глины и полимера в материале. Сродство между глиной и полимером может улучшить физические свойства полученного нанокомпозита, позволяя веществу глины равномерно диспергироваться в полимере. Относительно большая площадь поверхности глины при равномерном распределении может давать больше поверхности контакта глины и полимера и, следовательно, может улучшать физические свойства, уменьшая подвижность полимерных цепей на этих поверхностях контакта. С другой стороны, низкое сродство между глиной и полимером может отрицательно влиять на прочность и однородность композиции, так как будут формироваться зоны концентрации глины, а не ее однородное распределение в полимере. Величина сродства между глинами и полимерами обусловлена фактом, что глины по своей природе в основном являются гидрофильными, тогда как полимеры - в основном гидрофобные.

Глинистые вещества обычно содержат гидратированные алюмосиликаты, которые являются мелкозернистыми, и имеют пластинчатую структуру. Кристаллическая структура обычного глинистого минерала является многослойной структурой, содержащей комбинации слоев тетраэдра SiO₄, который присоединен к слоям октаэдра AlO(OH)₂. Глинистые минералы различаются в зависимости от комбинации составляющих их слоев и катионов. Обычно встречается изоморфное замещение катионов глинистого минерала, таких как Al³⁺ или Fe³⁺, замещенных на ионы Si⁴⁺ в тетраэдрической решетке, или Al³⁺ , Mg²⁺ или Fe³⁺, замещенных на другие катионы в октаэдрической решетке, что может придавать глинистой структуре суммарный отрицательный заряд. За счет данного суммарного отрицательного заряда в канале глины к поверхности слоев глины присоединяются элементы природного происхождения, такие как молекулы воды или катионы натрия или калия.

С целью обеспечения большего сродства между глиной и полимером на поверхности и для получения однородной дисперсии глины в полимере может быть модифицирована химия внутренней поверхности с целью получения слоев силикатов меньшей гидрофильности.

Для получения дисперсий глины для нанокомпозитных материалов обычно применяются алкиламмониевые ионы, такие как ониевые соли. Основная формула для типичного алкиламмониевого иона представляет собой СН₃-(CH ₂)_n-NH₃ ⁺, где n равен от 1 до 18. Считается, что алкиламмониевые ионы также легко обмениваются с природными катионами, присутствующими между пластинками глины, приводя к интеркалированному состоянию. Кроме этого, считается, что алкиламмониевые ионы могут увеличивать пространство между слоями глины и также могут понижать поверхностную энергию глины, тем самым позволяя органическим частицам с различной полярностью интеркалировать между слоями глины.

Существует необходимость в нанокомпозициях, имеющих улучшенные свойства. Раскрытое здесь изобретение обеспечивает экономичный и эффективный способ получения новых композиций неорганическо-органического нанокомпозита, которые особенно пригодны для применения в герметиках с требуемыми характеристиками мягкости, обрабатываемости и эластичности, которые являются важными рабочими характеристиками.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению обеспечивается неорганическо-органический нанокомпозит, который содержит, по крайней мере, один неорганический компонент, который является слоистыми неорганическими наночастицами, и, по крайней мере, один органический компонент, который является четвертичным аммонийным органополисилоксаном.

Новый неорганическо-органический нанокомпозит изобретения может быть использован в качестве наполнителя для широкого ассортимента композиций, содержащих полимерные смолы, и, в частности, в качестве наполнителя для таких композиций, которые предназначены для применений в качестве герметизирующих средств, покрытий и клеев.

Подробное описание изобретения

Согласно настоящему изобретению обеспечивается неорганическо-органический нанокомпозит, который содержит, по крайней мере, один неорганический компонент, который представляет собой слоистые неорганические наночастицы, и, по крайней мере, один органический компонент, который представляет собой четвертичный аммонийный органополисилоксан. При описании изобретения следующие термины имеют следующие значения, если не указано иначе.

Определения

Используемый здесь термин «расслоение» описывает процесс, где слои пластинок наноглины отделяются друг от друга в полимерной матрице. Во время расслоения внешние пластинки каждого слоя отщепляются, способствуя отделению большего количества пластинок.

Используемый здесь термин «канал» описывает пространство между параллельными слоями пластинок глины. Пространство канала изменяется в зависимости от природы молекулы или полимера, занимающего пространство. Внутреннее пространство между индивидуальными пластинками наноглины также изменяется в зависимости от типа молекул, которые занимают пространство.

Используемый здесь термин «интеркалянт» включает любое неорганическое или органическое соединение, способное входить в канал глины и связываться с ее поверхностью.

Используемый здесь термин «интеркалят» относится к комплексу глина-химическое вещество, где пространство канала глины увеличивается за счет модификации поверхности. При определенных условиях температуры и деформации интеркалят способен отслаиваться в матрицу смолы.

Используемый здесь термин «интеркаляция» относится к процессу образования интеркалята.

Используемое здесь выражение «неорганическая наночастица» означает слоистый неорганический материал, например глину, с одним или более измерениями, такими как длина, ширина или толщина в нанометровом диапазоне размеров, и который способен подвергаться ионному обмену.

Используемое здесь выражение «модифицированная глина» означает вещество глины, например наноглину, которая была обработана неорганическим или органическим соединением, которое способно подвергаться реакциям ионного обмена с катионами, присутствующими на внутренней поверхности слоя глины.

Используемый здесь термин «наноглина» описывает вещества глины, которые обладают уникальной морфологией с одним измерением нанометрового диапазона. Наноглины могут образовывать химические комплексы с интеркалянтами, которые связаны ионными связями с поверхностями между слоями, образуя частицы глины. Ассоциация интеркалянта и частиц глины приводит к веществу, которое совместимо со множеством различных типов смол хозяина, позволяющих диспергироваться в них глиняному наполнителю.

Используемый здесь термин «наночастица» относится к размеру частиц, в основном определенному диаметром менее чем около 1000 нм.

Используемый здесь термин «пластинки» относится к индивидуальным слоям слоистого вещества.

Неорганическая наночастица неорганическо-органического нанокомпозита может быть природной или синтетической, например, как смектитовая глина, и должна иметь некоторые ионообменные свойства, как в смектитовых глинах, ректорите, вермикулите, иллите, миканите и их синтетических аналогах, включая лапонит, синтетический миканит-монтмориллонит и тетракремниевый миканит.

Наночастицы могут обладать средним максимальным поперечным размером (ширина) между примерно 0,01 мкм и примерно 10 мкм, во втором варианте между примерно 0,05 мкм и примерно 2 мкм и в третьем варианте между примерно 0,1 мкм и примерно 1 мкм. Средний максимальный вертикальный размер (толщина) наночастиц в основном может варьироваться в первом варианте примерно от 0,5 нм до примерно 10 нм и во втором варианте примерно от 1 нм до примерно 5 нм.

Пригодные неорганические вещества наночастиц изобретения включают природные или синтетические филлосиликаты, в частности смектические глины, такие как монтмориллонит, монтмориллонит натрия, монтмориллонит кальция, монтмориллонит магния, нонтронит, бейделлит, волконскоит, лапонит, гекторит, сапонит, сауконит, магадит, кеньяит, собоскит, свиндордит, стивенсит, тальк, миканит, каолинит, вермикулит, галлуазит, оксиды алюминатов или гидроталькиты, слюдистые вещества, такие как иллит и смешанные слоистые иллит/смектитные минералы, такие как ректорит, тразовит, ледикит и добавления иллитов с одним или несколькими глиняными минералами, указанными выше. При получении неорганическо-органического нанокомпозита изобретения может быть использован любой набухающий слоистый материал, который в значительной степени сорбирует органические молекулы с увеличением внутреннего пространства слоев между прилегающими пластинками, по крайней мере, примерно до 5 ангстрем или, по крайней мере, до примерно 10 ангстрем (при измерении сухого филлосиликата).

Модифицированные неорганические наночастицы изобретения образуются посредством контакта количеств слоистых неорганических частиц, обладающих заменяемым катионом, например Na⁺ , Ca²⁺, Al³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺ и Mg²⁺, с, по крайней мере, одним аммонийсодержащим органополисилоксаном. Полученная модифицированная частица является неорганическо-органическим нанокомпозитом, обладающая интеркалированным органополисилоксановым аммониевым ионом.

Аммонийсодержащий органополисилоксан должен содержать, по крайней мере, одну аммонийную группу и может содержать две или более аммонийных групп. Четвертичные аммонийные группы могут находиться в конечных позициях органополисилоксана и/или в цепи силоксана. Один класс пригодного аммонийсодержащего органополисилоксана имеет общую формулу:

M _aD_bD`_c,

где «а» является 2, и «b» равно или больше 1, и «с» ноль или положительное число; М является

[R ³ _zNR⁴]_3-x-yR¹ _xR² _ySiO_1/2,

где «х» является 0, 1 или 2 и «y» является либо 0, либо 1, при условии ограничения, что х+y меньше или равно 2, «z» равно 2, R¹ и R² каждый независимо является моновалентной углеводородной группой до 60 атомов углерода; R ³ выбран из группы, состоящей из Н и моновалентной углеводородной группы до 60 атомов углерода; R⁴ является моновалентной углеводородной группой до 60 атомов углерода; D является

R⁵R⁶SiO_1/2,

где R⁵ и R⁶ каждый независимо является моновалентной углеводородной группой до 60 атомов углерода; D` является

R⁷R⁸SiO_2/2,

где R⁷ и R⁸ каждый независимо является моновалентной углеводородной группой, содержащей амин общей формулы:

[R⁹ _aNR¹⁰],

где «а» является 2, R⁹ выбран из группы, состоящей из Н и моновалентной углеводородной группы до 60 атомов углерода; R ¹⁰ является моновалентной углеводородной группы до 60 атомов углерода.

В другом варианте настоящего изобретения аммонийсодержащим органополисилоксаном является R¹¹ R¹²R¹³N, где R¹¹, R¹² и R¹³ каждый независимо является алкоксисиланом или моновалентной углеводородной группой до 60 атомов углерода.

Общей формулой алкоксисилана является

[R¹⁴O]_3-x-yR¹⁵ _xR¹⁶ _ySiR¹⁷,

где «х» является 0, 1 или 2 и «y» является либо 0, либо 1, при условии ограничения, что х+y меньше или равно 2; R¹⁴ является моновалентной углеводородной группой до 30 атомов углерода; R¹⁵ и R¹⁶ независимо выбранные моновалентные углеводородные группы до 60 атомов углерода; R¹⁷ является моновалентной углеводородной группой до 60 атомов углерода. Дополнительными соединениями, пригодными для модификации неорганического компонента настоящего изобретения, являются аминосоединения или соответствующие аммониевые ионы со структурой R¹⁸R¹⁹R ²⁰N, где R¹⁸, R¹⁹ и R²⁰ каждый независимо является алкильной или алкенильной группой до 30 атомов углерода, и в другом варианте, каждый независимо является алкильной или алкенильной группой до 20 атомов углерода, которые могут различаться или быть одинаковыми. В еще одном варианте органической молекулой является длинноцепочечный третичный амин, где R¹⁸, R¹⁹ и R²⁰ каждый независимо является алкильной или алкенильной группой от 14 до 20 атомов углерода.

Нет необходимости переводить слоистые неорганические композиции в форме наночастиц настоящего изобретения в протонобменную форму. Обычно интеркаляция четвертичного аммонийного иона органополисилоксана в слоистый неорганический материал в форме наночастиц достигается посредством катионного обмена с использованием растворителя и без использования растворителя. В способах, основанных на использовании растворителя, аммониевый органополисилоксановый компонент находится в растворителе, который инертен к реакциям полимеризации или сочетания. Особенно подходящими растворителями являются вода или вода-этанол, вода-ацетон и другие водные системы с полярными сорастворителями. При удалении растворителя образуется концентрат интеркалированных частиц. В случае способа без использования растворителя обычно для проведения реакции интеркалирования необходим смеситель с большим сдвиговым усилием. Неорганическо-органический нанокомпозит может быть в форме суспензии, геля, пасты или твердого вещества.

Особый класс аммонийсодержащих органополисилоксанов описан в патенте США № 5130396, который целиком включен здесь в виде ссылки, и может быть получен из известных веществ, включая такие, которые являются коммерчески доступными.

Аммонийсодержащие органополисилоксаны патента США № 5130396 представлены общей формулой:

где R¹ и R² являются одинаковыми или разными, и представляют группу формулы:

где атомы азота в (I) присоединены к атомам кремния в (II) через группы R⁵, и R⁵ представляет алкиленовую группу с количеством атомов углерода от 1 до 10, циклоалкиленовую группу с количеством атомов от 5 до 8 или структурную единицу общей формулы:

или

где n является числом от 1 до 6 и показывает число метиленовых групп при положении азота, и m является числом от 0 до 6, и свободные валентности атомов кислорода, присоединенные к атому кремния, являются насыщенными, как в структурах оксида кремния, посредством атомов кремния других групп формулы (II), и/или с атомами металлов одного или нескольких связывающих узлов соединений

или или или

или

где М является атомом кремния, титана или циркония, и R' - линейной или разветвленной алкильной группой с количеством атомов углерода от 1 до 5, и отношение атомов кремния в группах формулы (II) к атомам металла в связующих соединениях является 1:0, и в которых R³ равен R¹ или R², или является водородом, линейной или разветвленной алкильной группой с количеством атомов углерода от 1 до 20, циклоалкильной группой с количеством атомов углерода от 5 до 8 или бензильной группой, и R⁴ является водородом или линейной или разветвленной алкильной группой с количеством атомов углерода от 1 до 20 или является циклоалкильной, бензильной, алкильной, пропаргильной, хлорэтильной, гидроксиэтильной или хлорпропильной группой, состоящей из от 5 до 8 атомов углерода, и Х является анионом с валентностью х, равной от 1 до 3, и выбран из группы галогенида, гипохлорита, сульфата, гидросульфата, нитрита, нитрата, фосфата, дигидрофосфата, гидрофосфата, карбоната, гидрокарбоната, гидроксида, хлората, перхлората, хромата, дихромата, цианида, цианата, роданида, сульфида, гидросульфида, селенида, теллурида, бората, метабората, азида, тетрафторбората, тетрафенилбората, гексафторфосфата, формиата, ацетата, пропионата, оксалата, трифторацетата, трихлорацетата или бензоата.

Описанные здесь аммонийсодержащие органополисилоксановые соединения являются макроскопическими частицами сферической формы с диаметром от 0,01 до 3,0 мм, удельной поверхностью от 0 до 1000 м²/г, удельным объемом пор от 0 до 5,0 мл/г, объемной плотностью от 50 до 1000 г/л, а также в отношении объема на основе сухой субстанции - от 50 до 750 г/л.

Один из способов получения аммонийсодержащего органополисилоксана включает реакцию первичного, вторичного или третичного аминосилана с, по крайней мере, одной гидролизуемой алкоксильной группой, с водой, возможно, в присутствии катализатора, для достижения гидролиза и последующей конденсации силана и получения органополисилана, с концевой аминогруппой, который далее кватернизуется подходящим кватернизующим реагентом, таким как минеральная кислота и/или алкилгалогенид, с образованием аммонийсодержащего органополисилоксана. Способ данного типа описан в вышеупомянутом патенте США № 5130396. В этом отношении патент США № 6730766, содержимое которого включено здесь в виде ссылки, описывает процесс производства кватернизированных полисилоксанов по реакции полисилоксанов, функционализированных эпокси-группой.

В вариации данного способа первичные, вторичные или третичные аминосиланы, обладающие гидролизуемой алкоксильной группой(ами), сначала кватернизируются до реакций гидролиза и конденсации, давая органополисилоксан. Например, аммонийсодержащий N-триметоксисилилпропил-N,N,N-триметиламмонийхлорид, N-триметоксисилилпропил-N,N,N-три-н-бутиламмонийхлорид и коммерчески доступный аммонийсодержащий триалкоксисилан окстадецилдиметил(3-триметоксисилилпропил)аммонийхлорид (доступен от Gelest, Inc.) после гидролиза/конденсации даст аммонийсодержащий органополисилоксан для описанного здесь применения.

Другие тритичные аминосиланы, пригодные при получении аммонийсодержащего органополисилоксана, включают трис(триэтоксисилилпропил)амин, трис(триметоксисилилпропил)амин, трис(метилдииэтоксисилилпропил)амин, трис(трипропоксисилилпропил)амин, трис(диметилэтоксисилилпропил)амин, трис(триэтоксифенилсилилпропил)амин и т.п.

Предусмотрен еще один способ кватернизации первичного, вторичного или третичного аминосодержащего органополисилоксана кватернизирующим реагентом для получения аммонийсодержащего органополисилоксана. Пригодные аминосодержащие органополисилоксаны включают соединения с общей формулой:

где R¹, R², R ⁶ и R⁷ каждый независимо является Н, гидрокарбилом до 30 атомов углерода, например алкилом, циклоалкилом, арилом, алкарилом, аралкилом и т.п., или R¹ и R² вместе, или R⁶ и R⁷ вместе образуют двухвалентную мостиковую группу до 12 атомов углерода, R³ и R ⁵ каждый независимо является двухвалентной углеводородной мостиковой группой до 30 атомов углерода, возможно, содержащей один или несколько атомов кислорода и/или азота в цепи, например, линейной или разветвленной алкиленовой цепи от 1 до 8 углеродов, такой как -СН₂-, -СН₂СН₂-, -СН ₂СН₂СН₂-, -СН₂-С(СН ₃)-СН₂-, -СН₂СН₂СН ₂СН₂- и т.д., каждый R⁴ независимо является алкильной группой, и n является числом от 1 до 20 и преимущественно от 6 до 12.

Данные и аналогичные аминосодержащие органополисилоксаны могут быть получены посредством известных и традиционных процедур, например по реакции олифинового амина, такого как аллиламин с полидиорганополисилоксаном, имеющий связи Si-H, в присутствии катализатора гидросилилирования, такого как платиносодержащий катализатор гидросилилирования, описанный в патенте США № 5026890, содержимое которого включено здесь в виде ссылки.

Конкретные аминосодержащие органополисилоксаны, которые являются пригодными для получения аммонийсодержащих органополисилоксанов, включают коммерческую смесь

и

Неорганическо-органические нанокомпозиты настоящего изобретения, среди прочего, являются пригодными в качестве основы или компонента наполнителя для композиций, содержащих твердый полимер или смесь/композицию твердых полимеров.

Пригодные твердые полимеры включают эпоксиды, поликарбонаты, силиконы, сложные полиэфиры, полиэфиры, полиолефины, природные и синтетические каучуки, полиуретаны, нейлоны, полистиролы, поливинилароматические соединения, акриловые смолы, эфиры акриловой кислоты, полиамиды, полиимиды, фенольные полимеры, поливинилгалогениды, полифениленоксиды, поликетоны, их сополимеры и их смеси. Полимеры включают как неупорядоченные полимеры, так и блок-сополимеры. Полиолефиновые смолы включают полибутилен, полипропилен и полиэтилен, такой как полиэтилен низкой плотности, полиэтилен средней плотности, полиэтилен высокой плотности и этиленовые сополимеры; поливинилгалогеновые смолы включают полимеры поливинилхлорида и сополимеры и полимеры поливинилиденхлорида и сополимеры, фторполимеры; поливинилароматические смолы включают полимеры полистирола и сополимеры; акриловые смолы включают полимеры и сополимеры акриловых и метакриловых эфиров, полиамидные смолы включают нейлон 6, нейлон 11 и нейлон 12, а также сополимеры полиамидов и их смеси; сложные полиэфирные смолы включают полиалкилентерефталаты, такие как полиэтилентерефталат и полибутилентерефталат, а также сополимеры сложных эфиров; синтетические каучуки включают сополимеры стирола и бутадиена и сополимеры акрилонитрила, бутадиена, стирола; поликетоны включают полиэфиркетоны и полиэфирэфиркетоны.

В композиции изобретения, содержащей смолу, неорганическо-органический нанокомпозит присутствует в таком количестве, который, безусловно, улучшает ее свойства газового барьера. В первом варианте неорганическо-органический нанокомпозит может присутствовать на уровне примерно до 90 весовых процентов, во втором варианте на уровне примерно до 50 весовых процентов, и в третьем варианте на уровне примерно до 20 весовых процентов.

Неорганическо-органический нанокомпозит настоящего изобретения также предпочтительно применяется в качестве наполнителя в композициях, направленных на использование в качестве газовых барьеров, например в композициях, описанных в одновременно поданной заявке, находящейся в рассмотрении, под названием «ОТВЕРЖДАЕМАЯ ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ КОМПОЗИЦИЯ ОРГАНОПОЛИСИЛОКСАНА», содержимое которой полностью включено здесь в виде ссылки.

Изобретение иллюстрируется следующим неограничивающим примером:

Пример

Согласно изобретению неорганическо-органический нанокомпозит получают посредством помещения 10 г силоксана с концевой аминопропильной группой ( GAP 10, длина силоксана 10, от GE Silicones, Waterford, USA) в 100 мл одногорлую круглодонную колбу и добавления 4 мл метанола от Merck. При перемешивании очень медленно добавляют 2,2 мл концентрированной HCl. Перемешивание продолжают в течение 10 минут. В 2000 мл трехгорлую круглодонную колбу, снабженную холодильником и механической мешалкой с верхней подачей, помещают 900 мл воды. При перемешивании (скорость перемешивания примерно 250 об/мин) очень медленно к воде добавляют 18 г глины Closite Na⁺ (природный монтмориллонит, доступный от Southern Clay Products). Затем очень медленно добавляют к смеси глины с водой раствор хлорида аммония (приготовленный выше). Смесь перемешивают в течение 1 часа и оставляют стоять на ночь. Смесь фильтруют через воронку Бюхнера и полученное твердое вещество разбавляют 800 мл метанола, перемешивают в течение 20 минут и смесь отфильтровывают. Твердое вещество высушивают в печи при 80°С примерно в течение 50 часов.

Несмотря на то что предпочтительные варианты настоящего изобретения подробно представлены и описаны, различные модификации, например, компонентов, веществ и параметров будут очевидны специалисту в данной области техники, и в прилагаемой формуле изобретения необходимо защитить все такие модификации и изменения, которые подпадают под объем настоящего изобретения.