用于塑料应用的白色矿物材料的新颖表面处理的制作方法_4

文档序号:9354483阅读:来源:国知局
酸单酯及其盐性反应产物与一种或多种磷酸二酯及其盐性 反应产物的摩尔比"在本发明中的意义指的是磷酸单酯分子分子量总数及其盐性反应产 物中磷酸单酯分子分子量总数比磷酸二酯分子分子量总数及其盐性反应产物中磷酸二酯 分子分子量总数。
[0177] 在本发明一个实施方案中,至少一种表面反应性白色矿物材料的磷酸酯共混物中 的一种或多种磷酸单酯及其盐性反应产物与一种或多种磷酸二酯及其盐性反应产物的摩 尔比为自1:1. 1至1:80。例如,至少一种表面反应性白色矿物材料的磷酸酯共混物中的一 种或多种磷酸单酯及其盐性反应产物比一种或多种磷酸二酯及其盐性反应产物的摩尔比 为自1:1. 1至1:60,更优选自1:1. 1至1:40,仍更优选自1:1. 1至1:20和最优选自1:1. 1 至 1:10〇
[0178] 额外地或替代地,至少一种表面反应性白色矿物材料的磷酸酯共混物包含自1至 50摩尔%的一种或多种磷酸单酯及其盐性反应产物,以一种或多种磷酸单酯及其盐性反应 产物和一种或多种磷酸二酯及其盐性反应产物的总摩尔计。例如,至少一种表面反应性白 色矿物材料的磷酸酯共混物包含自10至45摩尔%的一种或多种磷酸单酯及其盐性反应产 物,以一种或多种磷酸单酯及其盐性反应产物和一种或多种磷酸二酯及其盐性反应产物的 总摩尔计。
[0179] 在本发明一个实施方案中,至少一种表面反应性白色矿物材料的磷酸酯共混物进 一步包含一种或多种磷酸三酯和/或磷酸及其盐性反应产物。
[0180] 在本发明一个实施方案中,至少一种表面反应性白色矿物材料的磷酸酯共混物进 一步包含一种或多种磷酸三酯和磷酸及其盐性反应产物。
[0181] 在本发明中术语〃磷酸三酯〃的意义指的是用选自相同或不同、不饱和或饱和、支 链或直链、脂肪族或芳族醇且醇取代基具有总碳原子数自C6至C30、优选自C8至C22、更优 选自C8至C20和最优选自C8至C18的三个醇分子三酯化的正磷酸分子。
[0182] 应理解的是,表述〃一种或多种〃磷酸三酯是指一种或多种类型的磷酸三酯可存 在于含表面反应性白色矿物材料的颗粒的至少一部分表面上。
[0183] 由此,要注意的是,一种或多种磷酸三酯可为一种类型的磷酸三酯。替代地,一种 或多种磷酸三酯可为两种或更多种类型的磷酸三酯的混合物。例如,一种或多种磷酸三酯 可为两种或三种类型的磷酸三酯如两种类型的磷酸三酯的混合物。
[0184] 在本发明一个实施方案中,一种或多种磷酸三酯由用选自相同或不同、不饱和或 饱和、支链或直链、脂肪族或芳族醇且醇取代基具有总碳原子数自C6至C30的三个醇酯化 的正磷酸分子组成。例如,一种或多种磷酸三酯由用选自相同或不同、不饱和或饱和、支链 或直链、脂肪族或芳族脂肪醇且醇取代基具总碳原子数自C8至C22、更优选自C8至C20和 最优选自C8至C18的三个醇酯化的正磷酸分子组成。
[0185] 应理解的是,用于酯化磷酸的三个醇可独立地选自不饱和或饱和、支链或直链、月旨 肪族或芳族醇且具有总碳原子数自C6至C30的醇取代基。也就是说,一种或多种磷酸三酯 分子可包含衍生自相同醇的三个取代基或磷酸三酯分子可包含衍生自不同醇的三个取代 基。
[0186] 在本发明一个实施方案中,一种或多种磷酸三酯由用选自相同或不同、饱和和线 性或支链和脂肪族醇且醇取代基具有总碳原子数自C6至C30的三个醇酯化的正磷酸分子 组成。例如,一种或多种磷酸三酯由用选自相同或不同、饱和和线性或支链和脂肪族醇且醇 取代基具有总碳原子数自C8至C22、更优选自C8至C20和最优选自C8至C18的三个醇酯 化的正磷酸分子组成。
[0187] 在本发明一个实施方案中,一种或多种磷酸三酯由用选自饱和和线性和脂肪族醇 且醇取代基具有总碳原子数自C6至C30、优选自C8至C22、更优选自C8至C20与最优选自 C8至C18的三个醇酯化的正磷酸分子组成。替代地,一种或多种磷酸三酯由用选自饱和和 支链和脂肪族醇且醇取代基具有总碳原子数自C6至C30、优选自C8至C22、更优选自C8至 C20和最优选自C8至C18的三个醇酯化的正磷酸分子组成。
[0188] 在本发明一个实施方案中,一种或多种磷酸三酯选自己基磷酸三酯、庚基磷酸三 酯、辛基磷酸三酯、2-乙基己基磷酸三酯、壬基磷酸三酯、癸基磷酸三酯、十一基磷酸三酯、 十二基磷酸三酯、十四基磷酸三酯、十六基磷酸三酯、庚基壬基磷酸三酯、十八基磷酸三酯、 2-辛基-1-癸基磷酸三酯、2-辛基-1-十二基磷酸三酯以及它们的混合物。
[0189] 例如,一种或多种磷酸三酯选自2-乙基己基磷酸三酯、十六基磷酸三酯、庚基壬 基磷酸三酯、十八基磷酸三酯、2-辛基-1-癸基磷酸三酯、2-辛基-1-十二基磷酸三酯以及 它们的混合物。
[0190] 在本发明一个实施方案中,至少一种表面反应性白色矿物材料的含表面反应性白 色矿物材料的颗粒的至少一部分表面包含一种或多种磷酸单酯及其盐性反应产物和一种 或多种磷酸二酯及其盐性反应产物和一种或多种磷酸三酯和任选的磷酸及其盐性反应产 物的磷酸酯共混物。例如,至少一种表面反应性白色矿物材料的含表面反应性白色矿物材 料的颗粒的至少一部分表面包含一种或多种磷酸单酯及其盐性反应产物和一种或多种磷 酸二酯及其盐性反应产物和一种或多种磷酸三酯和磷酸及其盐性反应产物的磷酸酯共混 物。
[0191] 替代地,至少一种表面反应性白色矿物材料的含表面反应性白色矿物材料的颗粒 的至少一部分表面包含一种或多种磷酸单酯及其盐性反应产物和一种或多种磷酸二酯及 其盐性反应产物和任选的磷酸及其盐性反应产物的磷酸酯共混物。例如,至少一种表面反 应性白色矿物材料的含表面反应性白色矿物材料的颗粒的至少一部分表面包含一种或多 种磷酸单酯及其盐性反应产物和一种或多种磷酸二酯及其盐性反应产物和磷酸及其盐性 反应产物的磷酸酯共混物。
[0192] 如果至少一种表面反应性白色矿物材料的含表面反应性白色矿物材料的颗粒的 至少一部分表面包含含一种或多种磷酸三酯的磷酸酯共混物,优选磷酸酯共混物包含< 10 摩尔%的一种或多种磷酸三酯,以一种或多种磷酸单酯及其盐性反应产物和一种或多种磷 酸二酯及其盐性反应产物和一种或多种磷酸三酯和磷酸及其盐性反应产物的总摩尔数计。 例如,磷酸酯共混物包含< 8摩尔%、优选< 6摩尔%和更优选< 4摩尔%如自0. 1至4摩 尔%的一种或多种磷酸三酯,以一种或多种磷酸单酯及其盐性反应产物和一种或多种磷酸 二酯及其盐性反应产物和一种或多种磷酸三酯和磷酸及其盐性反应产物的总摩尔数计。
[0193] 额外地或替代地,如果至少一种表面反应性白色矿物材料的含表面反应性白色矿 物材料的颗粒的至少一部分表面包含含磷酸及其盐性反应产物的磷酸酯共混物,优选磷酸 酯共混物包含< 10摩尔%的磷酸及其盐性反应产物,以一种或多种磷酸单酯及其盐性反 应产物和一种或多种磷酸二酯及其盐性反应产物和一种或多种磷酸三酯和磷酸及其盐性 反应产物的总摩尔数计。例如,磷酸酯共混物包含< 8摩尔%、优选< 6摩尔%和更优选 < 4摩尔%如自0. 1至4摩尔%的磷酸及其盐性反应产物,以一种或多种磷酸单酯及其盐 性反应产物和一种或多种磷酸二酯及其盐性反应产物和一种或多种磷酸三酯和磷酸及其 盐性反应产物的总摩尔数计。
[0194] 如果磷酸酯共混物进一步包含磷酸及其盐性反应产物和一种或多种磷酸三酯,因 此,优选磷酸酯共混物中的磷酸及其盐性反应产物与一种或多种磷酸单酯及其盐性反应产 物与一种或多种磷酸二酯及其盐性反应产物与一种或多种磷酸三酯的摩尔比为< 10摩 尔% : < 40摩尔% :彡40摩尔% : < 10摩尔%,以一种或多种磷酸单酯及其盐性反应产 物和一种或多种磷酸二酯及其盐性反应产物和一种或多种磷酸三酯和磷酸及其盐性反应 产物的总摩尔数计。
[0195] 在本发明中用词"磷酸及其盐性反应产物与一种或多种磷酸单酯及其盐性反应 产物与一种或多种磷酸二酯及其盐性反应产物与一种或多种磷酸三酯的摩尔比〃的意义 是指磷酸分子量总数及其盐性反应产物中磷酸分子分子量总数比磷酸单酯分子分子量总 数及其盐性反应产物中磷酸单酯分子分子量总数比磷酸二酯分子分子量总数及其盐性反 应产物中磷酸二酯分子分子量总数比磷酸三酯分子分子量总数。
[0196] 应理解的是,磷酸酯共混物可包含使至少一种含表面反应性白色矿物材料的颗粒 与一种或多种磷酸单酯和一种或多种磷酸二酯和任选的磷酸接触所得的盐性反应产物。在 这种情况下,磷酸酯共混物优选包含盐性反应产物如磷酸单酯的一种或多种锶、钙、镁和/ 或铝盐以及磷酸二酯的一种或多种钙、镁和/或铝盐以及任选的磷酸的一种或多种锶、钙、 镁和/或铝盐。
[0197] 在本发明一个实施方案中,在制备至少一种包含碳酸钙的材料之前,一种或多种 磷酸单酯和/或一种或多种磷酸二酯以及任选的磷酸可被一价和/或二价和/或三价阳 离子的一种或多种氢氧化物和/或一价和/或二价和/或三价阳离子的一种或多种弱酸 盐至少部分中和。二价和/或三价阳离子的一种或多种氢氧化物可选自Ca(0H) 2、Mg(0H)2、 A1 (0H) 3以及它们的混合物。
[0198] 额外地或替代地,如果一种或多种磷酸单酯和/或一种或多种磷酸二酯以及任选 的磷酸被一价阳离子的一种或多种氢氧化物和/或一种或多种弱酸盐至少部分中和,一价 阳离子的量优选< 10摩尔%,以一种或多种磷酸单酯和一种或多种磷酸二酯以及任选的 磷酸中酸基的总摩尔数计,进行中和的一价阳离子的一种或多种氢氧化物和/或一种或多 种弱酸盐可选自LiOH、NaOH、KOH、Na2C03、Li2C03、K2C03以及它们的混合物。
[0199] 在本发明一个实施方案中,用于部分中和一种或多种磷酸单酯和/或一种或多种 磷酸二酯以及任选的磷酸的二价阳离子衍生自这种阳离子的弱酸盐,优选衍生自碳酸盐和 /或硼酸盐如碳酸钙。
[0200] 本发明中〃弱酸〃术语的意义是指Bronsted-lowry酸,8卩H30 +_离子供体,特征为 pKa>2,优选自4至7。
[0201] 由此,至少一种表面反应性白色矿物材料的磷酸酯共混物可进一步包含盐性反应 产物如磷酸单酯的一种或多种镁盐和磷酸二酯的一种或多种镁盐以及任选的磷酸的一种 或多种镁盐。额外地或替代地,至少一种表面反应性白色矿物材料的磷酸酯共混物进一步 包含盐性反应产物如磷酸单酯的一种或多种铝盐和磷酸二酯的一种或多种铝盐以及任选 的磷酸的一种或多种铝盐。额外地或替代地,至少一种表面反应性白色矿物材料的磷酸酯 共混物进一步包含盐性反应产物如磷酸单酯的一种或多种锂盐和磷酸二酯的一种或多种 锂盐以及任选的磷酸的一种或多种锂盐。额外地或替代地,至少一种表面反应性白色矿物 材料的磷酸酯共混物进一步包含盐性反应产物如磷酸单酯的一种或多种钠盐和磷酸二酯 的一种或多种钠盐以及任选的磷酸的一种或多种钠盐。额外地或替代地,至少一种表面反 应性白色矿物材料的磷酸酯共混物进一步包含盐性反应产物如磷酸单酯的一种或多种钾 盐和磷酸二酯的一种或多种钾盐以及任选的磷酸的一种或多种钾盐。
[0202] 如果一种或多种磷酸单酯和/或一种或多种磷酸二酯以及任选的磷酸被一价阳 离子的一种或多种氢氧化物和/或的一种或多种弱酸盐至少部分中和,涂层和/或磷酸酯 共混物优选包含一价阳离子的量< 10摩尔%,以一种或多种磷酸单酯和一种或多种磷酸 二酯以及任选的磷酸中酸基的总摩尔数计。
[0203] 在本发明一个实施方案中,至少一种表面反应性白色矿物材料的磷酸酯共混物可 进一步包含额外的不对应本发明的一种或多种磷酸单酯、一种或多种磷酸二酯以及任选的 一种或多种磷酸三酯和/或磷酸的表面处理剂。这种额外的表面处理剂优选为至少一种有 机材料如聚硅氧烷。例如,聚硅氧烷优选为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
[0204] 聚硅氧烷的优选存在量使得至少一种表面反应性白色矿物材料的至少一种含表 面反应性白色矿物材料的颗粒的至少一部分表面上的该聚硅氧烷总量小于lOOOppm,更优 选小于800ppm和最优选小于600ppm。例如,至少一种表面反应性白色矿物材料的至少 一种含表面反应性白色矿物材料的颗粒的至少一部分表面上的聚硅氧烷总量为自100至 lOOOppm,更优选自200至800ppm和最优选自300至600ppm如自400至600ppm。
[0205] 在本发明一个实施方案中,至少一种表面反应性白色矿物材料的磷酸酯共混物包 含<50ppm的C6至C30羧酸。
[0206] 此外,本发明的一个要求是至少一种表面反应性白色矿物材料具有特定特征。
[0207] 特别的是,本发明的一个要求是至少一种表面反应性白色矿物材料的挥发开始温 度多250°C。例如,至少一种表面反应性白色矿物材料特征为挥发开始温度多255°C,优选 彡265°C和最优选彡270°C。
[0208] 额外地或替代地,至少一种表面反应性白色矿物材料特征为总挥发物在25与 350°C之间小于0. 25%和优选小于0. 23%质量如自0. 04至0. 21%质量,优选自0. 08至 0. 15%质量,更优选自0. 1至0. 12%质量。
[0209] 此外,至少一种表面反应性白色矿物材料特征为低吸水量敏感性。优选至少一种 表面反应性白色矿物材料的吸水量敏感性使得在约+23°C (±2°C )温度下其总表面水分含 量彡0.8mg/g干燥表面反应性白色矿物材料。例如,在+23°C (±2°C)温度下,至少一种 表面反应性白色矿物材料的吸水量敏感性小于0. 7mg/g、更优选小于0. 6mg/g和最优选小 于0. 5mg/g干燥表面反应性白色矿物材料。在本发明一个实施方案中,在+23°C (±2°C) 温度下,至少一种表面反应性白色矿物材料的吸水量敏感性为〇. 1-0. 8mg/g、更优选为 0. 2-0. 7mg/g和最优选为0. 3-0. 6mg/g干燥表面反应性白色矿物材料。
[0210] 本发明进一步要求是,使用沉淀法在+23 °C (±2°C )下测量,至少一种表面 反应性白色矿物材料具有低于8:2体积比的水:乙醇的亲水性。例如,使用沉淀法在 +23°C (±2°C)下测量,至少一种表面反应性白色矿物材料具有低于7:3体积比的水:乙醇 的亲水性。
[0211] 根据本发明另一方面,提供一种制备如上所定义的表面反应性白色矿物材料的方 法。该方法包括以下步骤:
[0212] (a)提供含表面反应性白色矿物材料的颗粒,所述颗粒具有重量中值颗粒尺寸 d5。彡7.5ixm,且具有在20°C (±2°C)下小于0. 1重量%的水中溶解度,以含表面反应性白 色矿物材料的颗粒的总干重计;
[0213] (b)提供磷酸酯共混物,所述磷酸酯共混物包含一种或多种磷酸单酯和一种或多 种磷酸二酯以及任选的一种或多种磷酸三酯和/或磷酸,其中磷酸酯共混物中一种或多种 磷酸单酯与一种或多种磷酸二酯的摩尔比为自1:1至1:1〇〇 ;
[0214] (c)使步骤(a)的所述含表面反应性白色矿物材料的颗粒在一或多个步骤中与步 骤(b)的磷酸酯共混物接触,使得包含一种或多种磷酸单酯及其盐性反应产物和一种或多 种磷酸二酯及其盐性反应产物以及任选的一种或多种磷酸三酯和/或磷酸及其盐性反应 产物的磷酸酯共混物在步骤(a)的所述含表面反应性白色矿物材料的颗粒的至少一部分 表面上形成;
[0215] 其中,在步骤(c)之前和/或期间,调整温度,使得步骤(b)的磷酸酯共混物为液 体。
[0216] 本发明的意义中〃液体〃状态定义为材料完全为液体(也就是说完全熔化)的状 态。然而熔融现象发生在使用能量的恒温下,当熔化后温度开始上升的时刻,物质被认定为 恪融的,如在温度对Dynamic Scanning Calorimetry, DSC, (DIN 51005:1983-11)所得的能 量输入作图的曲线上所观察的。
[0217] 关于由此方法制备的表面反应性白色矿物材料、步骤a)所提供的含表面反应性 白色矿物材料的颗粒、步骤b)的磷酸酯共混物中可提供的磷酸单酯和一种或多种磷酸二 酯以及任选的一种或多种磷酸三酯和/或磷酸,参考在前文中所述的表面反应性白色矿物 材料、含表面反应性白色矿物材料的颗粒、磷酸单酯和一种或多种磷酸二酯以及一种或多 种磷酸三酯和/或磷酸的定义。
[0218] 本发明的一个要求是,步骤(b)中所提供的磷酸酯共混物中的一种或多种磷酸单 酯与一种或多种磷酸二酯的摩尔比为自1:1至1:1〇〇。
[0219] 在本发明一个实施方案中,步骤(b)中所提供的磷酸酯共混物中的一种或多种磷 酸单酯与一种或多种磷酸二酯的摩尔比为自1:1. 1至1:80。例如,步骤(b)中所提供的磷 酸酯共混物中的一种或多种磷酸单酯与一种或多种磷酸二酯的摩尔比为自1:1. 1至1:60, 更优选自1:1. 1至1:40,仍更优选自1:1. 1至1:20和最优选自1:1. 1至1:10。
[0220] 在本发明一个实施方案中,步骤(b)中所提供的磷酸酯共混物包含自1至50摩 尔%和优选自10至45摩尔%的一种或多种磷酸单酯,以一种或多种磷酸单酯和一种或多 种磷酸二酯的总摩尔数计。
[0221] 应理解的是,步骤(b)中所提供的磷酸酯共混物可进一步包含一种或多种磷酸三 酯和/或磷酸。例如,步骤(b)中所提供的磷酸酯共混物进一步包含一种或多种磷酸三酯 和磷酸。
[0222] 如果步骤(b)中所提供的磷酸酯共混物进一步包含磷酸和一种或多种磷酸三酯, 磷酸酯共混物中的磷酸与一种或多种磷酸单酯与一种或多种磷酸二酯与一种或多种磷酸 三酯的摩尔比优选为彡10摩尔% :彡40摩尔% :彡40摩尔% :彡10摩尔%,以一种或 多种磷酸单酯和一种或多种磷酸二酯和一种或多种磷酸三酯以及磷酸的总摩尔数计。
[0223] 在本发明一个实施方案中,提供步骤(b)的磷酸酯共混物,其中一种或多种磷酸 单酯和/或一种或多种磷酸二酯以及任选的磷酸被一价和/或二价和/或三价阳离子的一 种或多种氢氧化物至少部分中和。例如,步骤(b)的磷酸酯共混物中的一种或多种磷酸单 酯和一种或多种磷酸二酯以及任选的磷酸被一价和/或二价和/或三价阳离子的一种或多 种氢氧化物和/或一价和/或二价和/或三价阳离子的一种或多种弱酸盐至少部分中和。 由此,这种一种或多种磷酸单酯和/或一种或多种磷酸二酯以及任选的磷酸的至少部分中 和优选在进行接触步骤(c)之前进行。优选一价和/或二价和/或三价阳离子的一种或多 种氢氧化物可选自Ca(0H)2、Mg(0H)2、A1(0H)3以及它们的混合物。额外地或替代地,一价 阳离子的一种或多种氢氧化物和/或的一种或多种弱酸盐可选自LiOH、NaOH、KOH、Na2C03、 Li2C03、K2C03以及它们的混合物。
[0224] 优选步骤(b)的磷酸酯共混物包含< 10摩尔%的一价阳离子如锂、钠和/或钾, 以一种或多种磷酸单酯和一种或多种磷酸二酯以及任选的磷酸中酸基的总摩尔数计。
[0225] 在本发明进一步优选实施方案,步骤(b)的磷酸酯共混物中的磷酸单酯和磷酸二 酯以及磷酸用氨和/或胺、更优选用烷醇胺,最优选用三异丙醇胺至少部分中和。
[0226] 使步骤(a)的含表面反应性白色矿物材料的颗粒在一个或多个步骤中与步骤(b) 的磷酸酯共混物接触的步骤优选在混合条件下发生。技术人员将根据其方法设备改变这些 条件(例如混合托盘配置以及混合速度)。
[0227] 在一个实施方案中,本发明方法可为连续过程。在此情况下,可能使含表面反应性 白色矿物材料的颗粒与步骤(b)的磷酸酯共混物在恒流下接触,从而在接触步骤期间提供 固定浓度的磷酸酯共混物。
[0228] 替代地,使含表面反应性白色矿物材料的颗粒与步骤(b)的磷酸酯共混物在一个 步骤中接触,其中所述磷酸酯共混物优选以一份添加。
[0229] 在另一个实施方案中,本发明方法可为间歇过程,即使含表面反应性白色矿物材 料的颗粒与步骤(b)的磷酸酯共混物在多于一个步骤中接触,其中所述磷酸酯共混物优选 以约等份添加。替代地,还可能以非等份将磷酸酯共混物添加至含表面反应性白色矿物材 料的颗粒,即以较大或较小份添加。
[0230] 根据本发明一个实施方案,接触步骤(c)在间歇或连续过程中进行自0. 1至1000 秒的时间。例如,接触步骤(C)为连续过程和包括一个或多个接触步骤和总接触时间为自 0. 1至20秒,优选自0. 5至15秒和最优选自1至10秒。
[0231] 本发明方法一个要求是,在步骤(c)期间调整温度,使得步骤(b)的磷酸酯共混物 中一种或多种磷酸单酯和一种或多种磷酸二酯以及任选的磷酸三酯为液体。在本发明一个 实施方案中,含表面反应性白色矿物材料的颗粒与步
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