專利名稱：：用多面體低聚倍半硅氧烷硅烷醇表面改性的制作方法用多面體低聚倍半硅氧烷硅烷醇表面改性本申請要求2005年1月27日提交的美國臨時申請序列號60/648327的權(quán)益。
背景技術(shù)：
：本發(fā)明一般地涉及具有改進(jìn)的疏水性、熱穩(wěn)定性、硬度和耐久性的納米增強(qiáng)的涂層。增容不同材料之間界面的技術(shù)存在重要的機(jī)遇。聚合物尤其利用寬泛的各種無機(jī)材料作為填料賦予最終組合物所需的電、熱、機(jī)械和其它物理性能。聚合物的烴組合物常常使得它們與大多數(shù)填料體系的無機(jī)組合物不相容。(聚合物包括脂族、烯屬、芳族和雜官能團(tuán)體系(代表性實(shí)例包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚醚、聚酰亞胺、環(huán)氧化物、丙烯酸類樹脂、苯乙烯類樹脂、聚硫醚、聚砜、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺))。還包括所有組的聚合物，例如玻璃、半晶、晶體和彈性體。(代表性填料包括諸如層狀硅酸鹽、粘土、碳酸鈣、滑石、硅灰石、硅藻土、高呤土、ATH(三水合氧化鋁)、蛭石、重晶石、玻璃、金屬、金屬氧化物和木材)。常見的實(shí)踐是用表面活性劑和硅烷偶聯(lián)劑處理粒狀填料的表面，以促進(jìn)這些不同的材料類型之間的表面相容性。這一實(shí)踐的延伸是在礦物和合成硅酸鹽的坑道(ga11ery)層中已經(jīng)利用硅烷和表面活性劑作為分層劑。(礦物和合成硅酸鹽包括膨潤土、鋰蒙脫石、蒙脫石)。這種表面內(nèi)部和外部的表面改性的目標(biāo)是，膨脹在相鄰的硅酸鹽片之間的間距，并增容其內(nèi)部表面與聚合物，從而既改進(jìn)其分散，又改進(jìn)增強(qiáng)特征?，F(xiàn)有技術(shù)的說明盡管現(xiàn)有技術(shù)證明對于許多工業(yè)應(yīng)用來說是滿意的，但現(xiàn)有技術(shù)局限于其增容表面與離散和界限分明(well-defined)的微觀結(jié)構(gòu)形貌的能力。這種控制是理想的，因?yàn)樗鼘⑻峁┍砻嬖O(shè)計(jì)和功能的合理控制。此外，它將提高表面對改進(jìn)的粘結(jié)、可靠度和耐染色劑進(jìn)攻和因存在界限分明的納米形貌破壞的適應(yīng)力。在納米級水平(十億分之一米的特征)下增容宏觀表面(百萬分之一米的特征)是理想的，這是因?yàn)樗峁┰黾拥奶卣骷?xì)節(jié)、耐久性和在多種長度規(guī)模下增強(qiáng)聚合物鏈?，F(xiàn)有技術(shù)提供這種優(yōu)點(diǎn)的局限直接來自于一旦將表面改性劑置于填料或表面上，則無法控制表面改性劑的表面組裝和結(jié)構(gòu)。此外，常規(guī)的表面活性劑處理劑有限的熱穩(wěn)定性是降低粘土基納米復(fù)合材料的熱與機(jī)械性能的關(guān)鍵因素。本發(fā)明公開了納米結(jié)構(gòu)的混雜的"有機(jī)-無機(jī)"化學(xué)品作為內(nèi)部和外部的表面處理劑和宏觀填料的分層劑的用途。采用納米結(jié)構(gòu)的多面體低聚倍半硅氧烷(POSS和球狀硅氧烷)的現(xiàn)有技術(shù)報(bào)道了它們作為防腐蝕材料的用途，但沒有提及它們在復(fù)合材料、納米復(fù)合材料或填料技術(shù)內(nèi)的應(yīng)用和功效，在所述技術(shù)中將利用它們的納米級尺寸、混雜組成和界面增容性能來改進(jìn)物理性能。參見，美國專利No.5888544。發(fā)明概述由多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)試劑和樹脂開發(fā)了具有改進(jìn)的疏水性、熱穩(wěn)定性、硬度和耐久性的納米增強(qiáng)的涂層。帶有硅烷醇的P0SS試劑尤其可用于涂布由礦物、金屬、玻璃和聚合物材料衍生的填料。P0SS試劑的納米級尺寸和混雜(有機(jī)/無機(jī))組成在改進(jìn)宏觀和納米級粒狀填料與寬泛范圍的不同材料，其中包括聚合物、生物、烴和含水體系的相容性方面高度有效。優(yōu)選的涂布劑利用P0SS-硅烷醇、P0SS-烷氧化物、P0SS-氯化物和P0SS-鹽。最理想的是，含官能化雜片段組成的POSS納米結(jié)構(gòu)，滿足化學(xué)式[(RSiO丄(RXSiOu)Ji:#(m、n、#=偶數(shù)和奇數(shù)整數(shù)1-1000;R-烴，硅烷或曱硅烷氧基；X-0H、Cl、0R)。最優(yōu)選的涂布方法包括無溶劑的噴涂、火焰涂噴、熔體流動和汽相淀積。這些方法是有利的，因?yàn)樗鼈儧]有產(chǎn)生、沒有利用揮發(fā)性有機(jī)化學(xué)品，因此沒有排放物?；蛘?，可利用常規(guī)的溶劑基施涂方法且包括旋涂、浸涂、上漆和噴涂。POSS試劑和樹脂體系也理想地用于層狀硅酸鹽的分層和用于填料(其中包括粘土、碳酸鉤、滑石、硅灰石、硅藻土、高嶺土、ATH(三水合氧化鋁)、蛭石、重晶石、玻璃、金屬、金屬氧化物和木材)的增容。所得POSS改性的填料顯示出改進(jìn)的疏水性、改進(jìn)的分散性和流變學(xué)性、阻燃性和折射指數(shù)。這種微觀和納米級填料的POSS改性提供具有多等級增強(qiáng)(宏觀到納米級)能力的這種填料，并進(jìn)而能改進(jìn)熱塑性或熱固性樹脂體系的熱、機(jī)械、透氣性和其它物理性能，所述體系在電子、醫(yī)療器件、運(yùn)動物品和航空中作為涂層和結(jié)構(gòu)組件具有重要的功效。本發(fā)明敘述了納米結(jié)構(gòu)的POSS化學(xué)品作為表面處理劑的用途，用于在宏觀和納米級的填料和表面上引入納米級的表面特征。通過POSS試劑提供的納米級表面特征進(jìn)一步起到增容這些填料與在聚合物體系內(nèi)存在的納米級長度等級的作用，在聚合物涂層、復(fù)合材料和納米復(fù)合材料內(nèi)提供多等級的增強(qiáng)水平?？墒褂盟谐Ｒ?guī)的涂布技術(shù)，其中包括淤漿、旋涂、上漆、噴涂、流涂和汽相淀積，施涂POSS表面改性劑。POSS表面改性劑容易獲自于商業(yè)的硅烷原料。優(yōu)選的結(jié)構(gòu)和組成滿足化學(xué)式[(RSiOL5)n(RXSiOL丄]S#(m、n、并-偶數(shù)和奇數(shù)整數(shù)1-1000;R-烴，硅烷或甲硅烷氧基；X-0H、Cl、0R)的官能化組成。附圖簡述圖1示出了POSS納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品的解剖圖。圖2示出了作為單層(左)施涂到表面上的常規(guī)硅烷和作為單層施涂的納米結(jié)構(gòu)的偶聯(lián)劑的物理尺寸的關(guān)系。圖3示出了通過P0SS表面改性宏觀表面提供的多長度等級的增強(qiáng)(納米-宏觀)。圖4示出了結(jié)構(gòu)示意圖對于POSS硅烷醇偶聯(lián)劑來說，R可以是適合于偶聯(lián)到聚合物上的官能化基團(tuán)。圖5示出了納米結(jié)構(gòu)的表面改性劑的實(shí)例，其中包括POSS-單、二-和三-硅烷醇；P0SS-硅氧化物；卣化物；和P0SS-樹脂。圖6示出了通過POSS代表性插層/分層兩片硅酸鹽片。圖7示出了鉀蒙脫石(腿T)和用POSS硅烷醇分層的MMT的選擇X-射線衍射最大值。納米結(jié)構(gòu)的代表化學(xué)式的定義為了理解本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)組合物的目的，以下定義了多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)和多面體低聚硅酸鹽(POS)納米結(jié)構(gòu)的代表化學(xué)式對于雜片段組合物，[(RSiOuhOl'XSiOJJ^(其中R承R')對于官能化雜片段組合物，[(RSiOu)n(RXSiOu)Ju(其中R可以相同或不同)。在所有上述化學(xué)式中，R-有機(jī)取代基(H;甲硅烷氧基；可另外含有反應(yīng)性官能度，例如醇、酯、胺、酮、烯烴、醚、鹵化物的環(huán)狀或直鏈脂族、芳族或硅氧化物基)。X包括，但不限于，0H、Cl、Br、I、烷氧化物(OR)、乙酸酯(OOCR)、過氧化物(OOR)、胺(NR2)、異氰酸酯(NCO)和R。符號m和n是指組合物的化學(xué)計(jì)量量。符號S表示形成納米結(jié)構(gòu)的組合物，和符號#是指在納米結(jié)構(gòu)內(nèi)包含的硅原子數(shù)。#的數(shù)值通常是m+n之和。應(yīng)當(dāng)注意，2#不應(yīng)當(dāng)被混淆為測定化學(xué)計(jì)量量的倍率，因?yàn)樗鼉H僅描述了體系總的納米結(jié)構(gòu)特征(aka籠的尺寸)。通過下述特征來定義納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品。它們是單分子且組成上不是分子的不變組裝。它們擁有多面體幾何形狀和明確的三維形狀。簇是良好的實(shí)例，而平面烴、枝狀體和粒狀物不是。它們具有范圍為約0.7nm-5.Onm的納米級尺寸。因此，它們比小分子大，但比大分子小。它們具有系統(tǒng)化學(xué)，能控制立體化學(xué)、反應(yīng)性及其物理性能。優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明圖1示出了基于被稱為多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)的一組化學(xué)品的納米結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)表示。其特征包括獨(dú)特的混雜(有機(jī)-無機(jī))組合物，其擁有陶瓷(熱和氧化穩(wěn)定性)與聚合物(加工性和韌度)二者的許多理想的物理特征。另外，它們擁有通過增容的有機(jī)基團(tuán)R和反應(yīng)性基團(tuán)X在外部覆蓋的無機(jī)骨架，其中R-有機(jī)取代基(H;甲硅烷氧基；可另外含有反應(yīng)性官能度，例如醇、S旨、胺、酮、烯烴、醚、囟化物的環(huán)狀或直鏈脂族、芳族基團(tuán))。X包括，但不限于，0H、Cl、Br、I、烷氧化物(OR)、乙酸酯(00CR)、過氧化物(00R)、胺(冊2)、異氰酸酯(NCO)和R。與周圍基團(tuán)偶聯(lián)的這一無機(jī)骨架結(jié)合形成化學(xué)精確的立方體狀結(jié)構(gòu)單元，當(dāng)施涂到表面上時，它提供規(guī)則和界限分明的表面形態(tài)。通過納米結(jié)構(gòu)的表面改性劑提供的尤其有利的特征是，相對于以假設(shè)的單層方式施涂的相當(dāng)?shù)墓柰榕悸?lián)劑提供的覆蓋率相比，單一的分子能提供5倍的表面積覆蓋率。在圖2的實(shí)施例中利用的尺寸取自其中R-環(huán)己基的體系的單晶X-射線數(shù)據(jù)并支持這一論述。當(dāng)施涂到宏觀表面(纖維、填料、粒狀物等)或納米級表面(納米顆粒、填料)二者上時，P0SS化學(xué)品提供真實(shí)的納米級的表面形態(tài)。取決于表面鍵合位點(diǎn)的數(shù)量，P0SS籠本身以規(guī)則的圖案在表面上組裝，提供納米結(jié)構(gòu)單元的規(guī)則圖案。我們已發(fā)現(xiàn)，POSS-硅烷醇是用作表面改性劑的最成本有效且可提供的實(shí)體。P0SS-硅烷醇也是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀着c其它極性表面基團(tuán)(例如，Si-0H)反應(yīng)，與表面形成熱穩(wěn)定的硅-氧鍵。報(bào)道了在各種表面上的P0SS-巰基和P0SS-硅烷的組件。使用P0SS-巰基體系的表面改性表明在輔助填料分散和改進(jìn)其界面相容性兩方面是有利的。當(dāng)施涂到表面上時，納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品還提供多個長度等級增強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。圖3所示的實(shí)施例是宏觀填料表面的示意圖(用納米尺寸為10—9米的POSS-表面改性劑改性的毫米-微米尺寸(l(T-l(T6米))。按照這一方式改性的填料(或纖維)能提供宏觀增強(qiáng)(借助粒度)和借助POSS表面處理劑的納米級增強(qiáng)。P0SS-硅烷醇作為表面改性劑的額外優(yōu)點(diǎn)來自于它們沒有排放的事實(shí)。當(dāng)與常規(guī)的硅烷和有機(jī)基表面活性劑相比時，納米級尺寸的P0SS-硅烷醇使得它們不具有揮發(fā)性。P0SS-硅烷醇固有的穩(wěn)定性是獨(dú)特的，因此不需要就地生產(chǎn)且沒有釋放揮發(fā)性有機(jī)組分，例如醇或酸，而這在鍵合并粘合常規(guī)的硅烷偶聯(lián)劑到表面上之前是必需發(fā)生的。因此，POSS-硅烷醇因其揮發(fā)性較低和無排放的加工優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致還不那么可燃。POSS-硅烷醇還能通過在籠上直接摻入反應(yīng)性基團(tuán)(例如，乙烯基、氨基、環(huán)氧基、甲基丙烯酸基等)，一起化學(xué)偶聯(lián)兩種不同的材料類型(圖4)。這一能力類似于硅烷偶聯(lián)劑所提供的廣泛已知的能力。用納米結(jié)構(gòu)的P0SS-硅烷醇表面改性納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品是全球納米技術(shù)趨勢的一部分(較小、較便宜且分子控制)，它直接影響商業(yè)和商業(yè)產(chǎn)品的所有方面。改性纖維和礦物粒狀物的簡單和成本有效的方法是施涂納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品到這些宏觀增強(qiáng)劑的表面上。這一方法類似于用有機(jī)基硅烷、偶聯(lián)劑、銨鹽或其它表面改性劑涂布表面。然而，用納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品表面改性在促進(jìn)相容性、延遲濕氣，以及在控制涂層結(jié)構(gòu)(它最終改進(jìn)涂層的耐久性和可靠度)方面更加有效。開發(fā)了許多POSS單體和試劑用于表面改性目的。這種體系可被視為常規(guī)硅烷偶聯(lián)劑的納米結(jié)構(gòu)的類似物(圖5)。POSS表面改性劑可借助溶液加工、熔體噴涂或汽相淀積，施涂到礦物、玻璃、金屬、陶瓷和聚合物表面上。在每一POSS體系上的極性基團(tuán)(例如，硅烷醇、硅烷、烷氧基等)提供固定到填料表面上的化學(xué)點(diǎn)，同時在納米結(jié)構(gòu)上的其余有機(jī)基團(tuán)使得表面疏水并在填料和聚合物基質(zhì)之間提供相容性(參見圖2和3)。另外，這種處理過的填料的表面適合于與聚合物基質(zhì)在納米級的水平下相互作用，并進(jìn)而提供聚合物鏈的納米級以及宏觀增強(qiáng)。與常規(guī)的宏觀增強(qiáng)相比，所得多等級的增強(qiáng)提供較寬的功能和價(jià)值。用POSS技術(shù)處理金屬表面表明，甚至在升高的溫度下，提供優(yōu)良的耐腐蝕性，同時用POSS處理礦物表明降低濕氣吸收并改進(jìn)其分散質(zhì)量。常規(guī)的硅烷偶聯(lián)劑(例如，RSiX》典型地?fù)碛幸粋€R基且含有對水解敏感的三個官能度(例如，X=C1、0CH3)。通常以單層形式描述偶聯(lián)劑的表面覆蓋率，但事實(shí)表明，從稀釋至0.25%的溶液中施涂的偶聯(lián)劑能沉積可最多8層厚的表面涂層。還已知在與待涂布的表面粘結(jié)之前，這種偶聯(lián)劑必需通過水解成中間硅烷醇物種(例如，RSi(OH)》來活化。這種活化工藝導(dǎo)致省去有害的揮發(fā)性有機(jī)組分，例如HC1和曱醇。與常規(guī)的"小分子"技術(shù)相比，納米結(jié)構(gòu)的偶聯(lián)劑提供顯著的優(yōu)點(diǎn)。圖2提供了"硅烷聚合物"的物理尺寸與納米結(jié)構(gòu)的偶聯(lián)劑的物理尺寸的比較。根據(jù)各自覆蓋的面積的比較，顯然的是，相對于常規(guī)的硅烷單層，納米結(jié)構(gòu)的偶聯(lián)劑提供大得多的疏水性和增加的表面覆蓋率。額外的優(yōu)勢包括下述事實(shí)可實(shí)現(xiàn)更加規(guī)則的表面覆蓋率，條件是與通過多層多官能團(tuán)硅烷產(chǎn)生的無規(guī)結(jié)構(gòu)相反，納米結(jié)構(gòu)具有界限分明的多面體結(jié)構(gòu)。此外，POSS納米結(jié)構(gòu)不要求通過水解活化，這是因?yàn)镻0SS-硅烷醇空氣穩(wěn)定，具有無限的貨架壽命，且可直接與待處理的表面反應(yīng)。由使用納米結(jié)構(gòu)的POSS硅烷偶聯(lián)劑獲得的其它所需的特征包括能改變在納米結(jié)構(gòu)上的增容R基與樹脂基質(zhì)的溶解度特征相匹配。另外，可用無溶劑的方式施涂POSS-硅烷醇體系，且該體系不含揮發(fā)性的有機(jī)組分(VOC)，從而沒有排放和暴露于常規(guī)偶聯(lián)劑內(nèi)存在的VOC下。表1相對于納米結(jié)構(gòu)的POSS偶聯(lián)劑，常規(guī)的硅烷偶聯(lián)劑的比較概述<table><row><column>特征</column><column>常規(guī)的偶聯(lián)劑</column><column>POSS偶聯(lián)劑</column></row><row><column>覆蓋比</column><column>0.3</column><column>3</column></row><row><column>要求活化</column><column>是</column><column>否</column></row><row><column>施涂方法</column><column>純或溶液</column><column>純、溶融或溶液</column></row><row><column>揮發(fā)度/voc</column><column>高</column><column>0VOC</column></row><row><column>對基質(zhì)的適應(yīng)性</column><column>適中</column><column>高同時可適應(yīng)于填料</column></row><row><column>成本</column><column>中等-低</column><column>中等-低</column></row><table>用P0SS化學(xué)品插層/分層P0SS試劑和分子二氧化硅也可用于涂布礦物，和尤其層狀硅酸鹽的內(nèi)部表面。當(dāng)作為涂層施涂到礦物或其它多孔材料上時，P0SS物體可有效地賦予礦物對選擇性實(shí)體的較大相容性并引出氣體和其它分子，例如溶劑、單體和聚合物。在類似的能力下，P0SS-硅烷醇和非反應(yīng)性分子二氧化硅二者均可進(jìn)入層狀硅酸鹽的內(nèi)部坑道內(nèi)，并同時充當(dāng)坑道的間隔劑和增容劑，以便通過可聚合的單體和聚合物鏈賦予這種材料對插層和分層較大的親和力(圖6)。這種提供的相容性直接來自于位于POSS籠的每一角落上的有機(jī)R基的增容影響。這些R基能增容的能力直接來自于相似相溶原理。這一基本的原理簡單地說明了類似組成(或化學(xué)勢)的物質(zhì)比不同的組成(化學(xué)勢)更加相容。因此，通過合適地匹配在POSS-籠上的R取代基與聚合物鏈的烴組成，POSS可有機(jī)改性硅酸鹽和其它類似的材料，并進(jìn)而增容它們與有機(jī)組合物。通過X-射線衍射實(shí)驗(yàn)來證明POSS-硅烷醇有效地插層層狀硅酸鹽并最終分層的能力。X-射線衍射技術(shù)提供層疊的硅酸鹽片之間層間距的靈敏量度。圖7示出了相對于鉀蒙脫石和用兩種不同的POSS-三硅烷醇涂布的這一相同的蒙脫石的強(qiáng)度水平，所作的入射的X-射線角的圖表。對于蒙脫石(MMT)來說，未處理的衍射最大值對應(yīng)于7.14的26值，這與12.4埃的坑道間距有關(guān)。用化學(xué)式[(EtSiOi.丄(Et(OH)SiOu)3〗S7(乙基T7)或[(I-BuSiOi5)4(I-Bu(OH)Si(^.。)3]S7(異丁基T7)的POSS硅烷醇處理MMT導(dǎo)致這一最大值偏移到5.94的較低26值(乙基T7)和5.86的26值(異丁基T7)，這分別對應(yīng)于14.96埃和15.10埃的坑道之間的間距?？紤]到[(EtSiOl5)4(Et(OH)Si(k。)3]S7和/或[(i-BuSiO!.5)4(i-Bu(OH)SiOu)3]1:7納米結(jié)構(gòu)的近似尺寸為約14埃，因此可證明因在坑道內(nèi)存在POSS導(dǎo)致在蒙脫石的硅酸鹽層之間的坑道間距增加。位于坑道內(nèi)的POSS鍵合到含硅酸根和鉀/鈉抗衡陽離子二者的內(nèi)表面上，注意一旦坑道層分離到這一程度，則帶有非硅烷醇的POSS實(shí)體還可物理地進(jìn)入坑道內(nèi)，但沒有鍵合到內(nèi)表面上?；瘜W(xué)式[(RSiOL5)n]2:#的POSS分子二氧化硅和POSS-單體是這種非鍵合的穿透劑/分層劑的實(shí)例。對于乙基T7體系，位于26=8.72(乙基T7)和對于異丁基T7體系，26=8.65(異丁基T7)處的額外的衍射最大值表明這些POSS-硅烷醇還存在于蒙脫石片的外部邊緣和表面上。施涂和加工方法POSS-硅烷醇、分子二氧化硅和POSS-樹脂自然地以低和高熔點(diǎn)的固體和油形式存在。它們還在寬范圍的常見溶劑內(nèi)顯示出高的溶解度，所述常見溶劑包括芳烴、烴、卣化體系，和含苯乙烯、丙烯酸類、環(huán)張緊與未張緊的烯烴、glycidal、S旨、醇和醚的各種有機(jī)單體。它們?nèi)廴诤腿芙獾哪芰κ沟盟鼈兡苁褂盟谐Ｒ?guī)的涂布技術(shù)，其中包括淤漿、旋涂、濕氣、噴涂、流涂和汽相淀積施涂。典型的溶劑輔助的施涂方法包括以0.lwt%-99wt%的水平在所需的溶劑內(nèi)溶解POSS實(shí)體，然后將這一溶液與待涂布的材料或所需表面緊密接觸。然后典型地通過蒸發(fā)除去溶劑，然后可通過物理擦拭或者通過用額外的溶劑洗滌，從材料或表面上除去過量的P0SS。在表面上吸收的材料量隨POSS組成、表面類型和施涂方法而變化。以下的表2示出了在各種材料表面上P0SS-三硅烷醇的典型負(fù)載。表2在各種材料表面上各種P0SS-硅烷醇的典型負(fù)載<table>complextableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表面涂布和提取研究一旦施涂到材料表面上，則證明POSS-硅烷醇顯示出優(yōu)良的粘合性和耐久性能。然而，可通過溫和加熱新鮮處理過的材料或表面來進(jìn)一步提高粘合性。例如，認(rèn)為在低至12(TC的溫度下加熱將通過加速極性表面基團(tuán)與反應(yīng)性硅-氧基的鍵接，從而提高POSS-硅烷醇的粘結(jié)。表3包含在熱處理之前和之后用各種POSS-硅烷醇涂布的選擇表面的提取數(shù)據(jù)。表3在各種材料表面上各種P0SS-硅烷醇的典型負(fù)載水平<table><row><column>表面/P0SS</column><column>在提取之后保留的wt%</column><column>在提取之后保留的wt%(熱處理的)</column></row><row><column>二氧化硅/[(異丁基Si0"h(異丁基(HO)SiOu)3]S7滑石/[(異丁基Si015)4(異丁基(HO)SiOL。)3]E7膨潤土/[(異丁基Si015)4(異丁基(HO)SiOu)3]E7蒙脫石/[(異丁基SiO,.5)4(異丁基(HO)Si0〗.。)3]z7</column><column>72>11228</column><column>694723</column></row><table>實(shí)施例溶劑輔助的施涂方法。將異辛基POSS-三硅烷醇(100g)溶解在400ml二氯甲烷內(nèi)。向這一混合物中添加500g蒙脫石。然后在室溫下攪拌混合物30分鐘。然后在真空下，除去揮發(fā)性溶劑并回收。還應(yīng)當(dāng)注意，超臨界流體，例如C02也可用作可燃烴溶劑的替代品。所得自由流動的固體然后可或者直接使用或者在使用之前，進(jìn)行約120X:的溫和熱處理。視需要，然后用二氯甲烷漂洗熱處理過的材料，以除去痕量的未鍵合的材料。權(quán)利要求1.在一種選自沸石、合成和天然硅酸鹽、二氧化硅、氧化鋁、礦物、天然和人造纖維、玻璃和金屬纖維的基底上引入納米級表面特征的方法，該方法包括用納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品涂布基底。2.權(quán)利要求1的方法，其中用納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品的混合物涂布基底。3.權(quán)利要求1的方法，其中納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品選自多面體低聚倍半硅氧烷、多面體低聚硅酸鹽及其聚合物。4.權(quán)利要求l的方法，其中納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品插入基底。5.權(quán)利要求l的方法，其中納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品使基底分層。6.權(quán)利要求l的方法，其中使用無溶劑的技術(shù)涂布基底。7.權(quán)利要求6的方法，其中無溶劑的技術(shù)是熔融狀態(tài)加工。8.權(quán)利要求l的方法，其中使用溶劑輔助的技術(shù)涂布基底。9.權(quán)利要求8的方法，其中溶劑輔助的技術(shù)選自噴涂、流涂和混合力口工技術(shù)。10.權(quán)利要求1的方法，其中使用超臨界流體輔助的技術(shù)涂布基底。11.權(quán)利要求10的方法，其中超臨界流體輔助的技術(shù)包括噴涂、流涂和混合加工技術(shù)。12.—種組合物，它包括一種選自沸石、合成和天然硅酸鹽、二氧化硅、氧化鋁、礦物、天然和人造纖維、玻璃和金屬纖維組成的組中的基底的顆粒，和在所述顆粒上的納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)涂層。13.權(quán)利要求12的組合物，其中納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品衍生于POSS-硅烷醇、式[(RSi015)4(RXSiOu)3]∑7的硅氧化物、聚倍半硅氧烷[(RSi015)n〗∑＃^和P0SS片段[(RSiOi.5)m,(RXSiO1.0)n]∑#.14.權(quán)利要求13的組合物，其中納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品是式[(RSiOL5)4(RXSiOu)3:U7的硅氧化物，其中X是0H或0R。15.權(quán)利要求12的組合物，其中該組由合成和天然硅酸鹽與二氧化硅組成，和其中基底顆粒由納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品插入或分層。16.權(quán)利要求15的組合物，其中納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品衍生于P0SS-硅烷醇、式[(RSiOu)4(RXSiOu)3]∑7的硅氧化物、聚倍半硅氧烷[(RSi015)n]n和POSS片段[(RSiOLs;L(RXSiOu;L]∑#，和非官能化的[(RSiOi5)m(RSi(k5)n]∑#POSS分子二氧化硅。17.權(quán)利要求16的組合物，其中納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品是式[(RSiOl.5)4(RXSiOl.0)3]∑7的硅氧化物，其中X是OH或OR。18.權(quán)利要求l的方法，其中納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品反應(yīng)性鍵合到基底上。19.權(quán)利要求l的方法，其中納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)品非反應(yīng)性結(jié)合到基底上。全文摘要由多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)試劑和樹脂開發(fā)了具有改進(jìn)的疏水性、熱穩(wěn)定性、硬度和耐久性的納米增強(qiáng)的涂層。POSS試劑的納米級尺寸和混雜(有機(jī)/無機(jī))組成尤其可用于涂布由礦物、金屬、玻璃和聚合物材料衍生的填料。文檔編號B32B9/04GK101203378SQ200680006534公開日2008年6月18日申請日期2006年1月27日優(yōu)先權(quán)日2005年1月27日發(fā)明者J·D·利希特漢,J·J·施瓦博,W·雷納斯,安以中申請人:雜混復(fù)合塑料公司