用于制造具有改性的填料颗粒的填充聚合物材料的方法
【专利说明】用于制造具有改性的填料颗粒的填充聚合物材料的方法
【背景技术】
[0001] -般来讲，期望填充的聚合物材料用于各种应用，诸如消费品和聚合物复合建筑 材料。填充的聚合物材料常常采用着色剂来改善其形成的物体的外观和美观特性。通常， 在颜料或染料与填料共混之前，将其加入聚合物中。然而，已知着色的填充聚合物材料褪 色且发生美学上令人不悦的颜色变化。美学上令人不悦的颜色变化的一种形式被称为"变 白"。当由着色的填充聚合物材料形成的物体暴露于物理损坏诸如刮擦、冲击和弯曲时，已 知其变成白色。所用的典型的矿物填料的颜色是白色的，并且一般理解变白是由于白色填 料开始暴露在物体的表面上。
[0002] 在Bianchi等人的美国专利7, 863, 369中公开了由聚合物基体和颜料形成的着色 的填充聚合物材料。所述颜料包括氧化铝水合物颗粒，其具有共价键合到所述氧化铝水合 物颗粒的表面上的染料。然而，已知根据Bianchi的公开制成的材料形成斑点并在不可接 受的程度上变白。
[0003] 因此，行业内持续需要提供着色的填充聚合物材料，其具有对由于物理损坏而变 白的改善的抗性。
[0004] 此外，由聚合物材料分散传统的颜料是困难的。分散性差导致着色聚合物材料产 生漩涡（swirling)和颜色可变性。另外，颜料在塑料制品中的较差分散可导致不可取的机 械特性。因此，增溶剂通常被用于将颜料分散在聚合物材料内。此类增溶剂包括有助于分 散颜料的多种有机化合物。然而，增溶剂通常是昂贵的并且还可不利地影响填充的聚合物 材料的机械特性。此外，还使用高剪切机械工艺将颜料分散于液体预聚物混合物中，所述工 艺不利地影响预聚物并需要预聚物混合物脱气。
[0005] 在日本专利申请公布号1987030133(A)中，Kaide公开了由事先将着色剂与金属 氧化物的水合物充分共混制成的着色橡胶复合材料，由此受损部分不经历变白现象。然而， Kaide公开了金属氧化物的着色水合物，其与高分子量塑料或橡胶材料共混以产生复合材 料。本发明是用颗粒改性填料，其中缔合的强度足以承受后续加工，具体地在极性液体介质 (例如，甲基丙烯酸甲酯）中悬浮和混合。极性液体介质提供比Kaide中所公开的环境更具 侵蚀性的环境，因此对于保持改性的填料而言是更具挑战性的环境。
[0006] 因此，行业内持续需要着色剂和填料在填充的聚合物材料中的改善的分散，其中 填料和改性的材料将耐受加工力。
技术领域
[0007] 本发明涉及用于聚合物复合材料的填料材料。
【发明内容】
[0008] 本发明的一个实施例是改性的填料颗粒，其包含用离散的功能性颗粒改性的填料 颗粒，所述离散的功能性颗粒被充分结合、粘附、或换句话讲缔合到填料上使得其能够在后 续制造步骤中保持缔合。
[0009] 本发明的另一个实施例是改性的填料颗粒，其包含用颜料颗粒改性的填料颗粒， 所述颜料颗粒被充分结合、粘附、或换句话讲缔合到填料上使得其能够在后续制造步骤中 保持缔合。
[0010] 本发明的另一个实施例是填充的聚合物材料，其包含至少部分地用填料颗粒填充 的聚合物，所述填料颗粒通过在共混过程中将其和功能性颗粒共混来用功能性颗粒改性， 在所述共混过程中，碰撞具有足够的能量来将功能性颗粒结合、粘附或换句话讲缔合到填 料。
【附图说明】
[0011] 图1示出将未改性ATH与由各种颜料改性的ATH进行比较的SEM显微照片。
[0012] 图2示出将未改性ATH、氧化铁黑颜料、以及通过干共混用氧化铁黑颜料改性的 ATH进行比较的SEM显微照片。
[0013] 图3示出将未改性ATH、炭黑颜料、以及通过摇动用炭黑颜料改性的ATH进行比较 的SEM显微照片。
[0014] 图4示出通过摇动用氧化铁黑改性石英的SEM显微照片。
[0015] 图5示出卜特兰水泥的SEM显微照片。
[0016] 图6示出通过摇动用氧化铁黑改性的卜特兰水泥的SEM显微照片。
[0017] 图7示出氧化铝的SEM显微照片。
[0018] 图8示出用炭黑改性的氧化铝的SEM显微照片。
[0019] 图9示出碳化硅的SEM显微照片。
[0020] 图10示出用炭黑改性的碳化硅的SEM显微照片。
[0021] 图11示出与颜料干共混的ATH填料和煅烧的ATH的SEM显微照片。
[0022] 图12是粘度对转速的曲线图，其将直接颜料添加与颜料的干共混添加进行比较。
[0023] 图13示出使用卧式犁混合器制成的用炭黑改性的ATH的粒度分布曲线图。
[0024] 图14示出ATH(Alcan WH-311)的粒度分布曲线图。
[0025] 图15示出轻轻地混合的炭黑与ATH的1:1 (按重量计）混合物的粒度分布曲线图。
[0026] 图16示出使用立式高强度混合器制成的用炭黑改性的ATH的粒度分布曲线图。
[0027] 图17示出使用EIRICH混合器制成的炭黑改性的ATH的粒度分布曲线图。
[0028] 图18示出通过摇动用炭黑、氧化铁红以及氧化铁黄同时改性的ATH的SEM显微照 片。
[0029] 图19示出用Graphtol火红颜料改性的ATH的SEM显微照片。
[0030] 图20示出用二氧化钛改性的ATH的SEM显微照片。
[0031] 图21示出用0. 2-0. 3微米热解法二氧化硅改性的ATH的SEM显微照片。
[0032] 图22示出用0. 007微米热解法二氧化硅改性的ATH的SEM显微照片。
[0033] 图23示出各种填充聚合物材料上的刮痕以及所述刮痕扫描的柱状图。
[0034] 图24是刮痕扫描的灰度值的曲线图。
[0035] 图25是热块测试之前和之后的测试块的照片。
[0036] 图26(现有技术）示出各种比较填充聚合物材料上的刮痕，以及刮痕扫描的柱状 图。
[0037] 图27(现有技术）是各种比较填充聚合物材料上的刮痕的灰度值的曲线图。
[0038]
[0039] 如本文所用，术语"固体表面材料"以其正常含义使用并代表三维材料，诸如尤其 可用于建筑行业中而用于功能性和吸引人的外观两者均是必要的厨房台面、水槽和壁面涂 料的材料。一般来讲，固体表面材料为包含聚合物基体和矿物填料的复合材料。
[0040] 如本文所用，术语"染料"是指着色剂，一般来讲，所述着色剂可溶于其所用的介质 中，因此不具有颗粒性质而是具有多个溶剂化分子。
[0041] 如本文所用，术语"颜料"是指着色剂，所述着色剂不溶于其所用的介质中，因此具 有颗粒性质，包括其物理特性和化学特性（例如，表面电荷、表面化学和形貌）。
[0042] 如本文所用，术语"填料"是指在室温和大气压下是固体，单独或组合使用，并且甚 至当将这些成分升温至高于室温的温度，具体地升温至其软化点或其熔点时，也不溶于组 合物的各种成分中的任何材料。
[0043] 如本文所用，术语"煅烧的ATH"是指通过热处理法从其表面除去水而制成的氧化 铝三水合物（ATH)。
[0044] 如本文所用，术语"离散的功能性颗粒"是指以下材料：1)不溶于其所用的介质 中，因此在所述介质中不作为多个单独的溶剂化分子存在，以及2)可改性另一种固体材料 的固体材料。
[0045] 如本文所述，术语"改性的"是指具有缔合的一个或多个离散的功能性颗粒。
[0046] 如本文所用，术语"缔合"是指通过包括非键合相互作用以及另外键合相互作用两 者在内的相互作用保持在表面附近，所述非键合相互作用诸如范得瓦尔（van der waals) 力、离子-偶极相互作用、偶极-偶极相互作用、毛细管作用和静电相互作用，所述键合相互 作用诸如共价键合、离子键合、氢键合、金属键合、酸-碱相互作用、Pearson型酸-碱相互 作用、以及配价（配位共价）键合。
【具体实施方式】
[0047] 本发明的第一实施例提供用于掺入填充的聚合物材料中的用离散的功能性颗粒 改性的填料颗粒。在将所得的改性的填料掺入液体预聚物混合物中之前，所述填料颗粒以 高能混合法通过将离散的功能性颗粒和填料干共混，来用离散的功能性颗粒改性。发现在 掺入液体预聚物混合物中之前将离散的功能性颗粒与填料干共混为改性的填料颗粒提供 了改善的加工特性和性能特性。由共混法提供的能量必须为足以将功能性颗粒粘结、粘附 或换句话讲缔合到填料的能量。
[0048] 本发明的另一个实施例提供用于掺入填充聚合物颗粒中的用颜料颗粒改性的填 料颗粒。在将所得的改性的填料掺入液体预聚物混合物中之前，所述填料颗粒通过采用高 能混合法将离散的颜料颗粒和填料干共混，用颜料来改性。由干共混方法赋予的能量必须 具有足够的能量来将所述颜料颗粒结合、粘附或换句话讲缔合到填料。发现与将填料染色， 或通过将液体颜料分散体掺入预聚物混合物中进行比较时，在掺入液体预聚物混合物中之 前将颜料颗粒与填料干共混为着色的填料颗粒提供了改善的加工特性和性能特性。还发现 利用干共混颜料改性的填料的用填充的聚合物材料制成的物体具有对由于物理损伤而变 白的改善的抗性。还发现在掺入液体预聚物混合物中之前，将颜料与填料干共混提供着色 剂在有色填充的聚合物材料中的改善的分散性，其中改性的填料将比染色的填料或液体颜 料分散体更好地耐受加工力。还发现干共混的改性的填料颗粒提供用于引入高负载颜料至 直接添加压料所不允许的含量的方法。发现经由干共混填料获得高颜料负载是经济且方便 的，然而发现经由传统分散体添加高