Полимерные наночастицы, имеющие конфигурацию "ядро-оболочка" и включающие межфазную область

Полимерные наночастицы, имеющие конфигурацию "ядро-оболочка" и включающие межфазную область

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Родственная заявка

Данная международная заявка, соответствующая РСТ (договору о патентной кооперации), заявляет приоритет предварительной патентной заявки США № 60/820695, поданной 28 июля 2006 года, которая во всей своей полноте посредством ссылки включается в настоящий документ.

Область техники

В настоящем документе описываются полимерные наночастицы, способы их получения и их использование в качестве, например, добавок для каучука, в том числе натуральных и синтетических эластомеров. Например, полимерные наночастицы могут включать область ядра и область оболочки, разделенные межфазной областью.

Уровень техники

Полимерные наночастицы в течение прошедших нескольких лет привлекали повышенное внимание в самых различных областях, включающих катализ, комбинаторную химию, белковые носители, магниты и фотонные кристаллы. Подобным же образом были получены винилароматические (например, полистирольные) микрочастицы, предназначенные для использования в качестве эталонного стандарта при калибровке различных приборов, в медицинских исследованиях и в медицинских диагностических тестах.

Наночастицами могут быть дискретные частицы, однородно диспергированные по всему объему вмещающей их матричной композиции. Наночастицы могут быть монодисперсными по размеру и однородными по форме. Однако регулирование размера наночастиц во время полимеризации, характеристик поверхности и/или состава внутренних областей таких наночастиц может оказаться затруднительным. Кроме того, желательным также является и обеспечение улучшенного регулирования состава поверхностных областей и/или состава внутренних областей полимерных наночастиц.

Каучуки можно модифицировать в результате добавления различных полимерных композиций. Такие полимерные добавки зачастую улучшают физические свойства каучуковых композиций. Говоря конкретно, в результате таких модифицирований зачастую улучшаются формуемость и предел прочности на разрыв.

Может оказаться желательной разработка наночастиц, включающих отчасти поверхностный слой из поли(сопряженного диена), который был бы совместим с широким ассортиментом каучуков, поскольку дискретные частицы, вероятно, могли бы равномерно диспергироваться по всему объему каучука с образованием однородной каучуковой композиции.

Краткое изложение изобретения

В настоящем документе предлагается полимерная наночастица. В одном варианте реализации наночастица может иметь конфигурацию ядро/оболочка с включением межфазной области, соединяющей ядро и оболочку, В одном варианте реализации средний диаметр полимерных наночастиц является меньшим, чем приблизительно 250 им. Размер, состав и/или конфигурацию межфазной области можно варьировать, добиваясь достижения желательных физических и/или химических свойств, получающихся в результате полимерных наночастиц и композиций, к которым наночастицы примешивают.

Способ получения полимерных наночастиц может включать самоагрегирование множества полимерных цепей с образованием одной или нескольких наночастиц. Можно получить каучуковую композицию, где описанные ранее наночастицы объединены, по меньшей мере, с одним каучуком с образованием модифицированной каучуковой композиции, характеризующейся, по меньшей мере, одним свойством, выбираемым из улучшенных пределов прочности при растяжении и раздирании.

В настоящем документе по ходу всего изложения, если только конкретно не будет указано другого, термины «винилзамещениый ароматический углеводород» и «алкенилбензол» используются взаимозаменяющим образом. Кроме того, термин «каучук» относится к каучуковым смесям, содержащим натуральный каучук и синтетические эластомеры, в том числе стирол-бутадиеновый каучук и этиленпропиленовый каучук, которые известны из уровня техники.

Краткое описание чертежей

Фиг.1а представляет собой один вариант реализации наночастицы настоящего изобретения, имеющей сферическую форму.

Фиг.1b представляет собой еще один вариант реализации нескольких имеющих сферическую форму наночастиц настоящего изобретения, взаимодействующих и скрепляющихся друг с другом по своим межфазным областям.

Фиг.2 представляет собой наночастицу настоящего изобретения, имеющую форму нити.

Фиг.3 представляет собой наночастицу настоящего изобретения, имеющую форму цветка.

Фиг.4 представляет собой график, изображающий результаты, продемонстрированные в таблице 1.

Фиг.5 представляет собой график, описывающий различные варианты реализации полимерных наночастиц, соответствующих настоящему изобретению, в виде зависимости физического свойства от расстояния до ядра.

Фиг.6 представляет собой график, описывающий различные варианты реализации полимерных наночастиц, соответствующих настоящему изобретению, в виде зависимости физического свойства от расстояния до ядра.

Фиг.7 представляет собой полученную по методу атомно-силовой микроскопии микрофотографию полученных в соответствии с примером 2 наночастиц, не включающих межфазной области,» соответствующей настоящему изобретению.

Фиг.8 представляет собой еще одну полученную по методу атомно-силовой микроскопии микрофотографию полученных в соответствии с примером 2 наночастиц, не включающих межфазной области, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг.9 представляет собой полученную по методу атомно-силовой микроскопии микрофотографию полученных в соответствии с примером 3 полимерных наночастиц, включающих межфазную область.

Фиг.10 представляет собой еще одну полученную по методу атомно-силовой микроскопии микрофотографию полученных в соответствии с примером 3 полимерных наночастиц, включающих межфазную область.

Фиг.11 представляет собой дополнительную полученную по методу атомно-силовой микроскопии микрофотографию полученных в соответствии с примером 3 полимерных наночастиц, включающих межфазную область.

Фиг.12 представляет собой график, изображающий кривую зависимости напряжения от деформации для двух каучуковых композиций, включающих контрольную композицию и одну композицию, соответствующую примеру 5.

Фиг.13 представляет собой полученную по методу атомно-силовой микроскопии микрофотографию, демонстрирующую дисперсию частиц технического углерода в каучуковой смеси из примера 6.

Фиг.14 представляет собой полученную по методу атомно-силовой микроскопии микрофотографию, демонстрирующую дисперсию в каучуковой смеси наночастиц, включающих межфазную область, из примера 6.

Фиг.15 представляет собой график, изображающий кривую зависимости напряжения от деформации для двух композиций из примера 6.

Фиг.16 представляет собой график, демонстрирующий зависимость величины tan-δ от деформации (%) при 25°С для двух композиций из примера 6.

Фиг.17 представляет собой график, демонстрирующий зависимость величины G' (Па) от деформации (%) при 25°С для двух композиций из примера 6.

Фиг.18 представляет собой график, демонстрирующий зависимость величины G” (Па) от деформации (%) при 25°С для двух композиций из примера 6.

Фиг.19 изображает один вариант реализации соответствующих настоящему изобретению наночастиц, включающих межфазную область и диспергированных в каучуковой полимерной матрице.

Подробное раскрытие изобретения

Необходимо понимать, что как вышеизложенное, так и последующее описание представляют собой всего лишь примеры и пояснения и не ограничивают заявляемое изобретение. Комбинации и варианты индивидуальных обсуждаемых вариантов реализации как полностью предусматриваются, так и предполагаются. В соответствии с использованием в настоящем документе фраза «по меньшей мере, один» обозначает один или несколько. Заголовки разделов, использованные в настоящем документе, приведены для удобства читателя и не предполагают ограничения объема раскрытия или заявленного изобретения.

Структура наночастиц

Конфигурация ядро/оболочка в общем случае относится к полимерной наночастице, включающей, по меньшей мере, две определенные области, у которой одна область (в настоящем документе называемая ядром) по существу окружена другой областью (в настоящем документе называемой оболочкой). Каждая область, выбираемая из области ядра и области оболочки, может включать один или несколько слоев.

Полимерные наночастицы включают, по меньшей мере, одну межфазную область, которая разделяет и соединяет две области полимерных наночастиц. В одном варианте реализации межфазная область разделяет и соединяет область ядра и область оболочки. Размер, состав и/или конфигурацию межфазной области можно варьировать, добиваясь достижения желательных физических и/или химических свойств, получающихся в результате полимерных наночастиц и композиций, к которым наночастицы примешивают. В одном варианте реализации, по меньшей мере, одна межфазная область разделяет области полимерных наночастиц, различающиеся, по меньшей мере, одним физическим свойством. В еще одном варианте реализации, по меньшей мере, одна межфазная область разделяет области полимерных наночастиц, различающиеся, по меньшей мере, одним химическим свойством. В дополнительном варианте реализации, по меньшей мере, одна межфазная область обладает физическими и/или химическими свойствами, отличными от соответствующих свойств, по меньшей мере одной области, с которой она соединяется. Физические свойства областей полимерной наночастицы могут включать, например, размер, температуру стеклования, твердость или жесткость, эластомерные свойства и плотность сшивки. Химические свойства областей полимерной наночастицы могут включать, например, растворимость, полярность, состав мономеров и конфигурацию мономеров, Межфазная область может включать один или несколько слоев.

Размер полимерных наночастиц можно измерить по их средним диаметрам. Каждая из областей, выбираемых из областей ядра, оболочки и, по меньшей мере, одной межфазной области полимерной наночастицы, имеет размер, соответствующий вкладу каждой области в средний диаметр. В соответствии с использованием в настоящем документе размер межфазной области представляет собой расстояние между двумя областями, разделенными и соединенными, по меньшей мере, одной межфазной областью. Межфазная область может иметь различные размеры. В одном варианте реализации межфазная область может иметь размер, равный или меньший размера, по меньшей мере, одной другой области полимерной наночастицы. В таком варианте реализации межфазную область можно описать как «резкую», «узкую» или «тонкую». В еще одном варианте реализации межфазная область может иметь размер, равный или больший размера, по меньшей мере, одной другой области полимерной наночастицы. В таком варианте реализации межфазную область можно описать как «широкую» или «толстую». В дополнительном варианте реализации межфазная область является большей по размеру, чем, по меньшей мере, одна из областей, выбираемых из областей ядра и оболочки. В еще одном другом варианте реализации межфазная область является меньшей по размеру, чем, по меньшей мере, одна из областей, выбираемых из областей ядра и оболочки. В еще одном дополнительном варианте реализации межфазная область является меньшей по размеру, чем области как ядра, так и оболочки. В следующем еще одном другом варианте реализации межфазная область является большей по размеру, чем приблизительно 1 нанометр. В следующем еще одном дополнительном варианте реализации межфазная область имеет размер в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 100 нм. В еще одном варианте реализации межфазная область имеет размер в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 50 нм.

В качестве характеристик областей наночастиц также можно использовать и другие физические и химические свойства. Например, в качестве характеристики и для различения областей может быть использован модуль упругости, определяемый при измерении твердости. В одном варианте реализации модуль упругости оболочки является меньшим, чем модуль упругости межфазной области, который является меньшим, чем модуль упругости ядра (М_о<М_м<М_я). В еще одном варианте реализации модуль упругости оболочки является намного меньшим, чем модуль упругости межфазной области, который является меньшим, чем модуль упругости ядра (М_о<<М_м<М_я). В дополнительном варианте реализации модуль упругости оболочки является меньшим, чем модуль упругости межфазной области, который является намного меньшим, чем модуль упругости ядра (М_о<М_м<<М_я). В качестве еще одного примера можно сказать то, что в качестве характеристики областей наночастиц можно использовать объемную долю. В одном варианте реализации объемная доля межфазной области находится в диапазоне от приблизительно 1% до приблизительно 99% от объема наночастицы. В еще одном варианте реализации объемная доля находится в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 95%. В дополнительном варианте реализации объемная доля находится в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 80%. В качестве дополнительного примера можно сказать то, что в качестве характеристики и для различения областей можно использовать гетерогенность одного или нескольких физических и/или химических свойств. В одном варианте реализации области характеризуются различными уровнями жесткости. В еще одном варианте реализации области характеризуются различными температурами стеклования. В дополнительном варианте реализации области характеризуются различными плотностями. Сложность гетерогенной структуры наночастиц, включающих межфазную область, может придавать композициям, таким как каучук, включающий наночастицы, общие выгодные характеристики, такие как пониженное сопротивление качению и повышенная сила сцепления.

Фиг.5 и 6 представляют собой графики, демонстрирующие различные варианты реализации полимерных частиц, соответствующих настоящему изобретению, у которых область ядра и область оболочки разделены и соединяются межфазной областью. Горизонтальная ось представляет расстояние от ядра, при этом центр области ядра находится справа на оси, а край области оболочки находится слева на оси. Вертикальная ось представляет физическое свойство, такое как температура стеклования или модуль упругости, определяемый при измерении твердости, которое возрастает по величине от низа оси до ее верха.

Линия А на фиг.5 представляет один вариант реализации, соответствующей настоящему изобретению полимерной наночастицы, включающей узкую межфазную область, у которой область ядра является меньшей по размеру, чей область оболочки, и у которой межфазная область демонстрирует близкое к линейному изменение физического свойства на всей своей протяженности. Линия В на фиг.5 представляет еще один вариант реализации, соответствующей настоящему изобретению полимерной наночастицы, включающей широкую межфазную область, у которой межфазная область демонстрирует физическое свойство, убывающее, но приближающееся по величине к соответствующему свойству области ядра на значительной части своей протяженности с последующим более ярко выраженным убыванием физического свойства по величине ближе к области оболочки. Линия С на фиг.5 представляет дополнительный вариант реализации соответствующей настоящему изобретению полимерной наночастицы, включающей широкую межфазную область, у которой межфазная область демонстрирует близкое к линейному изменение физического свойства на всей своей протяженности. Линия D на фиг.5 представляет еще один другой вариант реализации соответствующей настоящему изобретению полимерной наночастицы, включающей широкую межфазную область, у которой межфазная область демонстрирует физическое свойство, возрастающее, но приближающееся по величине к соответствующему свойству области оболочки на значительной части своей протяженности с последующим более ярко выраженным возрастанием физического свойства по величине ближе к области ядра. Линия Е на фиг.5 представляет еще один дополнительный вариант реализации соответствующей настоящему изобретению полимерной наночастицы, включающей узкую межфазную область, у которой область ядра является большей по размеру, чем область оболочки, и у которой межфазная область демонстрирует близкое к линейному изменение физического свойства на всей своей протяженности.

Линия А на фиг.6 представляет один вариант реализации соответствующей настоящему изобретению полимерной наночастицы, включающей широкую межфазную область, у которой как межфазная область, так и область ядра являются большими, чем область оболочки. Линия В на фиг.6 представляет еще один вариант реализации соответствующей настоящему изобретению полимерной наночастицы, у которой как область оболочки, так и межфазная область являются большими, чем область ядра. Линия С на фиг.6 представляет дополнительный вариант реализации соответствующей настоящему изобретению полимерной наночастицы, у которой ядро и оболочка имеют приблизительно одинаковый размер, и у которой физическое свойство продолжает возрастать по величине в области ядра. Линия D на фиг.6 представляет дополнительный вариант реализации соответствующей настоящему изобретению полимерной наночастицы, у которой область ядра является большей, чем как область оболочки, так и межфазная область, и у которой физическое свойство демонстрирует более значительное возрастание по величине в межфазной области в сопоставлении с возрастанием, демонстрируемым в области оболочки. Линия Е на фиг.6 представляет еще один другой вариант реализации соответствующей настоящему изобретению полимерной наночастицы, у которой область ядра является большей, чем как межфазная область, так и область оболочки, и у которой физическое свойство демонстрирует более значительное возрастание по величине в межфазной области в сопоставлении с возрастанием, демонстрируемым как в области оболочки, так и в области ядра.

Состав наночастиц

Ядро, оболочку и межфазную область полимерных наночастиц изобретения можно получать из полимеризуемых мономеров, которые в настоящем документе могут называться звеньями. По меньшей мере, один мономер, который полимеризуется с образованием области ядра, в настоящем документе может называться мономером ядра. По меньшей мере, один мономер, который полимеризуется с образованием области оболочки, а настоящем документе может называться мономером оболочки. Ядро, оболочку и, по меньшей мере, одну межфазную область полимерных наночастиц можно получать из одного полимера, такого как статистический, моноблочный или многоблочный полимер, или из различных полимеров, связанных или другим образом ассоциированных друг с другом.

Состав мономеров обозначает тип или типы мономеров, которые будучи заполимеризованными, составляют область или слой полимерной наночастицы. В одном варианте реализации состав мономеров оболочки отличается от состава мономеров ядра. В еще одном варианте реализации состав мономеров межфазной области является тем же самым, что и состав мономеров ядра. В дополнительном варианте реализации состав мономеров межфазной области отличается от состава мономеров, по меньшей мере, одной области, выбираемой из областей ядра и оболочки. В еще одном другом варианте реализации состав мономеров межфазной области выбирают из мономеров, составляющих ядро и оболочку.

Конфигурация мономеров относится к упорядочению или компоновке мономеров в области или слое после полимеризации. В одном варианте реализации конфигурация мономеров является повторяющейся, так что мономеры в области или слое будут скомпонованы по существу определяемым образом. В еще одном варианте реализации конфигурация мономеров является статистической, так что мономеры в области или слое не будут скомпонованы по существу определяемым образом. В дополнительном варианте реализации конфигурация мономеров является структурированной, так что, по меньшей мере, два типа мономеров в блоке будут скомпонованы в группы. В еще одном другом варианте реализации конфигурация мономеров является скошенной, так что первые край или сторона области или слоя будут включать, по меньшей мере, первый тип мономера, вторые край или сторона области или слоя будут включать, по меньшей мере, второй тип мономера, отличный от первого типа мономера, и первый край и второй край будет разделять переходная область, включающая оба типа мономеров. Переходная область может включать повторяющиеся мономерные звенья, статистически распределенные мономерные звенья или смесь мономерных звеньев. Смесь мономерных звеньев включает повышенную концентрацию первого типа мономера в части переходной области, наиболее близкой к первым краю или стороне области или слоя, и повышенную концентрацию второго типа мономерного звена в части переходной области, наиболее близкой ко вторым краю или стороне области или слоя.

В области или слое полимерной наночастицы может протекать сшивание. В соответствии с использованием в настоящем документе плотность сшивки относится к уровню сшивания в области или слое полимерной наночастицы. В случае наличия сшивания область или слой полимерной наночастицы могут быть сшиты полностью, по существу или частично. В одном варианте реализации, по меньшей мере, частично сшитой является оболочка. В еще одном варианте реализации, по меньшей мере, частично сшитым является ядро. В дополнительном варианте реализации, по меньшей мере, частично сшитой является межфазная область. В еще одном другом варианте реализации мономеры в одном или нескольких полимерах области являются, по меньшей мере, частично сшитыми. Область или слой полимерной наночастицы также может характеризоваться различными плотностями сшивки. В одном варианте реализации область характеризуется относительно постоянной плотностью сшивки. В еще одном варианте реализации область характеризуется градиентом плотности, при котором плотность области является большей на одном краю и меньшей на другом краю. В дополнительном варианте реализации область характеризуется изменяющейся плотностью, когда плотность области меняется от одного края к другому (или от одной стороны к другой).

Мономеры полимерных наночастиц полимеризуется, что приводит к формированию областей ядра, оболочки и межфазной области. Различия в составе мономеров, конфигурации мономеров и плотности сшивки могут приводить к получению слоев или областей внутри, по меньшей мере, одной области, выбираемой из областей ядра, оболочки и межфазной области полимерных наночастиц. В одном варианте реализации мономеры полимерных наночастиц могут формировать один или несколько полимеров, два и более из которых агрегируют с образованием полимерной наночастицы. Полимеры, которые составляют наночастицы, могут различаться, по меньшей мере, по одному параметру, выбираемому из состава мономеров, конфигурации мономеров и плотности сшивки. В еще одном варианте реализации мономеры полимерных наночастиц могут формировать один или несколько статистических полимеров, два и более из которых агрегируют с образованием, по меньшей мере, части полимерной наночастицы. В дополнительном варианте реализации мономеры полимерных наночастиц могут формировать один или несколько многоблочных полимеров, два и более из которых агрегируют с образованием полимерной наночастицы. Многоблочные полимеры хорошо известны из уровня техники и в соответствии с использованием в настоящем документе обозначают полимеры, включающие, по меньшей мере, два блока заполимеризованных мономеров. В соответствии с использованием в настоящем документе блоком является часть многоблочного полимера, которая отличается от другой части многоблочного полимера, по меньшей мере, по одному параметру, выбираемому из состава мономеров и конфигурации мономеров.

В одном варианте реализации каждая область, выбираемая из областей ядра и оболочки, может содержать один или несколько полимеров. В еще одном варианте реализации каждая область, выбираемая из областей ядра и оболочки, может содержать один или несколько блоков двух и более многоблочных полимеров. В дополнительном варианте реализации ядро содержит первый блок многоблочных полимеров, оболочка содержит второй блок многоблочных полимеров, а межфазная область содержит часть многоблочных полимеров, разделяющую ядро и оболочку. В еще одном другом варианте реализации ядро содержит первый блок многоблочных полимеров, оболочка содержит второй и третий блок многоблочных полимеров, а межфазную область могут представлять второй блок или часть многоблочного полимера, разделяющие ядро и оболочку. В еще одном дополнительном варианте реализации ядро содержит первый блок многоблочных полимеров, оболочка содержит третий блок многоблочных полимеров, а межфазная область содержит второй блок многоблочного полимера, разделяющий ядро и оболочку. В еще одном варианте реализации межфазная область соединяет оболочку, состоящую из многоблочных полимеров, и ядро, состоящее из других полимеров. В еще одном дополнительном варианте реализации межфазная область соединяет оболочку, состоящую из полимеров, и ядро, состоящее из других полимеров.

В одном варианте реализации полимерные наночастицы содержат от приблизительно 20 до приблизительно 5000 полимеров. В еще одном варианте реализации полимерные наночастицы содержат от приблизительно 50 до приблизительно 1000 полимеров. В еще одном другом варианте реализации полимерные наночастицы могут содержать приблизительно 200 полимеров.

Полимерные наночастицы можно получать из любого мономера, который известен из уровня техники в настоящее время или станет известен впоследствии своей пригодностью для полимеризации. В одном варианте реализации мономерами являются алкенилбензольные звенья. В еще одном варианте реализации мономерами являются сопряженные диеновые звенья. В дополнительном варианте реализации мономерами являются акрилаты. В еще одном другом варианте реализации мономерами являются диакрилаты. В еще одном дополнительном варианте реализации мономерами являются триакрилаты. В следующем еще одном другом варианте реализации мономеры обладают любой химической структурой, которую можно заполимеризовать по механизму анионной полимеризации,

Алкенилбензольные звенья или винилзамещенные ароматические углеводородные мономеры могут включать, например, стирол, α-метилстирол, 1-винилнафталин, 2-винилнафталин, 1-α-металвинилнафталин, 2-α-метилвинилнафталин, винилтолуол, метоксистирол и трет-бутоксистирол, а также их алкильные, циклоалкильные, арильные, алкарильные и аралкильные производные, у которых совокупное количество атомов углерода в объединенном углеводороде в общем случае является не большим, чем 18, а также любые ди- или тривинилзамещенные ароматические углеводороды. В одном варианте реализации алкенилбензольным звеном является стирол.

Сопряженные диеновые мономеры могут включать, например, C₄-C₈ сопряженные диеновые мономеры. В еще одном варианте реализации сопряженным диеновым мономером является 1,3-бутадиен. В дополнительном варианте реализации сопряженным диеновым мономером является изопрен. В еще одном другом варианте реализации сопряженным диеновым мономером является 1,3-пентадиен.

Акрилатные мономеры включают, например, метакрилат и фенилакрилат.

Диакрилатные мономеры включают, например, следующие мономеры:

Триакрилатные мономеры включают, например, следующие мономеры:

Размер полимерных наночастиц можно контролируемо выдерживать равным определенному желательному диаметру. В соответствии с использованием в настоящем документе диаметр наночастиц обозначает средний диаметр. В одном варианте реализации наночастицы имеют диаметр, меньший, чем приблизительно 250 нм. В еще одном варианте реализации наночастицы имеют диаметр, меньший, чем приблизительно 100 нм. В дополнительном варианте реализации наночастицы имеют диаметр, меньший, чем приблизительно 75 нм. В еще одном другом варианте реализации наночастицы имеют диаметр, меньший, чем приблизительно 50 нм. Способы регулирования размера полимерных наночастиц включают, например, регулирование температуры полимеризации, регулирование полярности растворителя, регулирование концентрации мономера, регулирование соотношений между количествами мономеров, которые могут присутствовать при полимеризации (в случае присутствия при полимеризации более чем одного мономера) и типов мономеров (мономера), используемых при полимеризации. В одном варианте реализации к получению полимерных наночастиц, меньших, чем приблизительно 500 им в диаметре, может привести температура полимеризации, меньшая, чем приблизительно 170°С. В еще одном варианте реализации к получению полимерных наночастиц, меньших, чем приблизительно 500 нм в диаметре, может привести температура, равная приблизительно комнатной температуре или приблизительно 70°F (21,1°С). В дополнительном варианте реализации к получению полимерных наночастиц, меньших, чем приблизительно 500 нм в диаметре, может привести температура, меньшая, чем приблизительно комнатная температура или меньшая, чем приблизительно 70°F (21,1°C).

Полимерные наночастицы настоящего изобретения могут иметь молекулярную массу (M_w), равную, по меньшей мере, приблизительно 1000. Значение M_w для полимерных наночастиц можно измерить, например, при использовании гельпроникающей хроматографии (ГПХ, также известной под наименованием эксклюзионной хроматографии размеров). Однако измерения по методу ГПХ могут базироваться на линейных стандартах, что в результате может привести к получению искаженных или другим образом заниженных молекулярных масс. Как таковое значение M_w для полимерных наночастиц фактически может превышать значение, полученное по методу ГПХ при использовании линейных стандартов, с кратностью вплоть до около десяти и более. В дополнение к этому, полимерные наночастицы могут быть чрезмерно большими в диаметре для измерения по методу ГПХ. Несмотря на данные ограничения, результаты измерений значения M_w, обсуждающиеся в настоящей заявке, представляют собой то, что получают по методу ГПХ при использовании линейных стандартов. В одном варианте реализации вне зависимости от методики проведения измерений значения M_w для полимерных наночастиц находятся в диапазоне от приблизительно 10000 до приблизительно 300000000. В еще одном варианте реализации вне зависимости от методики проведения измерений значения M_w для полимерных наночастиц находятся в диапазоне от приблизительно 500000 до приблизительно 1500000.

Для полимерных наночастиц также можно регулировать и дисперсность или распределение по размерам. В соответствии с использованием в настоящем документе дисперсность представляет собой соотношение между M_w и M_n, при этом соотношение, равное приблизительно 1, соответствует по существу монодисперсности. В одном варианте реализации наночастицы характеризуются дисперсностью, меньшей, чем приблизительно 1,3. В еще одном варианте реализации наночастицы характеризуются дисперсностью, меньшей, чем приблизительно 1,1. В дополнительном варианте реализации наночастицы характеризуются дисперсностью, равной приблизительно 1,05. В еще одном другом варианте реализации наночастицы характеризуются дисперсностью, равной приблизительно 1.

Также можно контролировать и форму полимерных наночастиц. В одном варианте реализации наночастицы являются сферическими или по существу сферическими, как это продемонстрировано на фиг.1а. В еще одном варианте реализации наночастицы имеют форму нити, как это продемонстрировано на фиг.2. В дополнительном варианте реализации наночастицы имеют форму цветка, как это продемонстрировано на фиг.3. В еще одном варианте реализации наночастицы имеют форму эллипсоида.

Формы наночастиц можно регулировать различными способами, например: (1) варьируя концентрацию мономеров во время получения полимера; (2) включая в ядро или оболочку, по меньшей мере, три блока многоблочного полимера или, по меньшей мере, два полимера, и (3) варьируя молекулярную массу полимеров, использованных для получения полимерных наночастиц. В одном варианте реализации ядро может содержать трехблочный полимер, представленный формулой S-B-S, в которой S указывает на стирольный блок, а В представляет бутадиеновый блок. В одном таком варианте реализации трехблочный полимер представляет собой часть более крупного многоблочного полимера. В еще одном варианте реализации молекулярную массу изменяют в результате увеличения соотношения между количествами мономера оболочки и мономера ядра, что может привести к получению наночастиц, имеющих форму эллипсоида.

Для получения особенных свойств также можно регулировать и характеристики агломерирования наночастиц. В одном варианте реализации наночастицы сохраняют относительно дискретную природу при незначительности или отсутствии химических или физических взаимодействия или соединения между ними, В еще одном варианте реализации наночастицы могут взаимодействовать или соединяться друг с другом по своим межфазным областям, как это продемонстрировано, например, на фиг.1b. В частности, на фиг.1b изображен вариант реализации, в котором наночастицы состоят из стирол/дивинилбензольного ядра, относительно узкой межфазной области из полистирола, и бутадиен/стирольной оболочки в форме ворса. Такой вариант реализации может привести к достижению, например, неожиданно улучшенных физических свойств в случае примешивания взаимодействующих наночастиц к каучуковой композиции. В дополнительном варианте реализации наночастицы могут взаимодействовать или соединяться друг с другом по своим областям оболочек. На фиг.1b также изображено и определенное взаимодействие между наночастицами по их областям оболочек.

Способы полимеризации и получения наночастиц

Ядро, оболочку и межфазную область полимерных наночастиц можно получать по любым одной или нескольким формам любого способа полимеризации, который известен из уровня техники или будет открыт впоследствии. В одном варианте реализации перед формированием самой области и/или полимерной наночастицы такие способы полимеризации могут приводить к формированию кластеров мономера или мономеров для конкретной области. В еще одном варианте реализации способ полимеризации приводит к формированию кластеров заполимеризованных мономеров, которые впоследствии будут формировать область оболочки полимерной наночастицы.

В одном варианте реализации области полимерных наночастиц получают при использовании эмульсионной полимеризации. Например, получение наночастиц, включающих межфазную область, можно проводить по многостадийному способу, начиная с синтеза сшитых глобул, имеющих размер нанометрового диапазона, в результате проведения обычной микроэмульсионной сополимеризации полистирола, дивинилбензола и этилвинилбензола. После этого, на последующих стадиях на поверхность предварительно полученной частицы ядра можно прививать стирол-бутадиеновые каучуки, мономеры или смеси мономеров, характеризующиеся различными составами и молекулярными массами, при использовании последующих свободно-радикальных полимеризаций в растворе, которые могут включать дозирование в полимеризационную камеру каучуков, мономеров или смесей мономеров. Получающиеся в результате наночастицы будут включать межфазную область и, в частности, межфазную область, обладающую скошенной (сужающейся) структурой (такой как переходная от по существу только стирола к по существу только бутадиену).

В еще одном варианте реализации области полимерных наночастиц получают при использовании дисперсионной полимеризации. В дополнительном варианте реализации области полимерных наночас