用于制造涂覆的填料顆粒的方法
【專利說明】用于制造涂覆的填料顆粒的方法
【背景技術】
[0001] 一般來講，期望填充的聚合物材料用于各種應用，諸如消費品和聚合物復合建筑 材料。填充的聚合物材料常常采用著色劑來改善其形成的物體的外觀和美觀特性。通常， 在顏料或染料與填料共混之前，將其加入聚合物中。然而，已知著色的填充聚合物材料褪 色且發(fā)生美學上令人不悅的顏色變化。美學上令人不悅的顏色變化的一種形式被稱為"變 白"。當由著色的填充聚合物材料形成的物體暴露于物理損壞諸如刮擦、沖擊和彎曲時，已 知其變成白色。所用的典型的礦物填料的顏色是白色的，并且一般理解變白是由于白色填 料開始暴露在物體的表面上。
[0002] 在Bianchi等人的美國專利7, 863, 369中公開了由聚合物基體和顏料形成的著色 的填充聚合物材料。所述顏料包括氧化鋁水合物顆粒，其具有共價鍵合到所述氧化鋁水合 物顆粒的表面上的染料。然而，已知根據(jù)Bianchi的公開制成的材料形成斑點并在不可接 受的程度上變白。
[0003] 因此，行業(yè)內持續(xù)需要提供著色的填充聚合物材料，其具有對由于物理損壞而變 白的改善的抗性。
[0004] 此外，由聚合物材料分散傳統(tǒng)的顏料是困難的。分散性差導致著色聚合物材料產 生漩渦（swirling)和顏色可變性。另外，顏料在塑料制品中的較差分散可導致不可取的機 械特性。因此，增溶劑通常被用于將顏料分散在聚合物材料內。此類增溶劑包括有助于分 散顏料的多種有機化合物。然而，增溶劑通常是昂貴的并且還可不利地影響填充的聚合物 材料的機械特性。此外，還使用高剪切機械工藝將顏料分散于液體預聚物混合物中，所述工 藝不利地影響預聚物并需要預聚物混合物脫氣。
[0005] 在日本專利申請公布號1987030133(A)中，Kaide公開了由事先將著色劑與金屬 氧化物的水合物充分共混制成的著色橡膠復合材料，由此受損部分不經(jīng)歷變白現(xiàn)象。然而， Kaide公開了金屬氧化物的著色水合物，其與高分子量塑料或橡膠材料共混以產生復合材 料。本發(fā)明是用顆粒改性的填料，其中締合的強度足以承受后續(xù)加工，具體地在極性液體介 質（例如，甲基丙烯酸甲酯）中懸浮和混合。極性液體介質提供比Kaide中所公開的環(huán)境 更具侵蝕性的環(huán)境，因此對于保持改性的填料而言是更具挑戰(zhàn)性的環(huán)境。
[0006] 因此，行業(yè)內持續(xù)需要著色劑和填料在填充的聚合物材料中的改善的分散，其中 填料和改性的材料將耐受加工力。
技術領域
[0007] 本發(fā)明涉及用于聚合物復合材料的填料材料。

【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明的一個實施例是改性的填料顆粒，其包含用離散的功能性顆粒改性的填料 顆粒，所述離散的功能性顆粒被充分結合、粘附、或以其它方式締合到填料上使得其能夠在 后續(xù)制造步驟期間保持締合。
[0009] 本發(fā)明的另一個實施例是改性的填料顆粒，其包含用顏料顆粒改性的填料顆粒， 所述顏料顆粒被充分結合、粘附、或以其它方式締合到填料上使得其能夠在后續(xù)制造步驟 期間保持締合。
[0010] 本發(fā)明的另一個實施例是填充的聚合物材料，其包含至少部分地用填料顆粒填充 的聚合物，所述填料顆粒通過在共混過程中將其和功能性顆粒共混來用功能性顆粒改性， 在所述共混過程中，碰撞具有足夠的能量來將功能性顆粒結合、粘附或以其它方式締合到 填料。
【附圖說明】
[0011] 圖1示出將未改性ATH與由各種顏料改性的ATH進行比較的SEM顯微照片。
[0012] 圖2示出將未改性ATH、氧化鐵黑顏料、以及通過干共混用氧化鐵黑顏料改性的 ATH進行比較的SEM顯微照片。
[0013] 圖3示出將未改性ATH、炭黑顏料、以及通過搖動用炭黑顏料改性的ATH進行比較 的SEM顯微照片。
[0014] 圖4示出通過搖動用氧化鐵黑改性石英的SEM顯微照片。
[0015] 圖5示出卜特蘭水泥的SEM顯微照片。
[0016] 圖6示出通過搖動用氧化鐵黑改性的卜特蘭水泥的SEM顯微照片。
[0017] 圖7示出氧化鋁的SEM顯微照片。
[0018] 圖8示出用炭黑改性的氧化鋁的SEM顯微照片。
[0019] 圖9示出碳化硅的SEM顯微照片。
[0020] 圖10示出用炭黑改性的碳化硅的SEM顯微照片。
[0021] 圖11示出與顏料干共混的ATH填料和煅燒的ATH的SEM顯微照片。
[0022] 圖12是粘度對轉速的曲線圖，其將直接顏料添加與顏料的干共混添加進行比較。
[0023] 圖13示出使用臥式犁混合器制成的用炭黑改性的ATH的粒度分布曲線圖。
[0024] 圖14示出ATH(Alcan WH-311)的粒度分布曲線圖。
[0025] 圖15示出輕輕地混合的炭黑與ATH的I : 1 (按重量計）混合物的粒度分布曲線 圖。
[0026] 圖16示出使用立式高強度混合器制成的用炭黑改性的ATH的粒度分布曲線圖。
[0027] 圖17示出使用EIRICH混合器制成的炭黑改性的ATH的粒度分布曲線圖。
[0028] 圖18示出通過搖動用炭黑、氧化鐵紅以及氧化鐵黃同時改性的ATH的SEM顯微照 片。
[0029] 圖19示出用Graphtol火紅顏料改性的ATH的SEM顯微照片。
[0030] 圖20示出用二氧化鈦改性的ATH的SEM顯微照片。
[0031] 圖21示出用0. 2-0. 3微米熱解法二氧化硅改性的ATH的SEM顯微照片。
[0032] 圖22示出用0. 007微米熱解法二氧化硅改性的ATH的SEM顯微照片。
[0033] 圖23示出各種填充聚合物材料上的刮痕以及所述刮痕掃描的柱狀圖。
[0034] 圖24是刮痕掃描的灰度值的曲線圖。
[0035] 圖25是熱塊測試之前和之后的測試塊的照片。
[0036] 圖26 (現(xiàn)有技術）示出各種比較填充聚合物材料上的刮痕，以及刮痕掃描的柱狀 圖。
[0037] 圖27(現(xiàn)有技術）是各種比較填充聚合物材料上的刮痕的灰度值的曲線圖。
[0038] 定義
[0039] 如本文所用，術語"固體表面材料"以其正常含義使用并代表三維材料，諸如尤其 可用于建筑行業(yè)中而用于功能性和吸引人的外觀兩者均是必要的廚房臺面、水槽和墻壁涂 料的材料。一般來講，固體表面材料為包含聚合物基體和礦物填料的復合材料。
[0040] 如本文所用，術語"染料"是指著色劑，一般來講，所述著色劑可溶于其所用的介質 中，因此不具有顆粒性質而是具有多個溶劑化分子。
[0041] 如本文所用，術語"顏料"是指著色劑，所述著色劑不溶于其所用的介質中，因此具 有顆粒性質，包括其物理特性和化學特性（例如，表面電荷、表面化學和形貌）。
[0042] 如本文所用，術語"填料"是指單獨或以組合方式使用的，在室溫和大氣壓下為固 體的，并且甚至當這些成分升溫至高于室溫，具體地講升溫至其軟化點或其熔點時，也不溶 于組合物中的各種成分的任何材料。
[0043] 如本文所用，術語"煅燒的ATH"是指通過熱處理法從其表面除去水而制成的氧化 鋁三水合物（ATH)。
[0044] 如本文所用，術語"離散的功能性顆粒"是指以下材料：1)不溶于其所用的介質 中，因此在所述介質中不作為多個單獨的溶劑化分子存在，以及2)可改性另一種固體材料 的固體材料。
[0045] 如本文所述，術語"改性的"是指具有締合的一個或多個離散的功能性顆粒。
[0046] 如本文所用，術語"締合"是指通過包括非鍵合相互作用以及另外鍵合相互作用兩 者在內的相互作用保持在表面附近，所述非鍵合相互作用諸如范得瓦爾（van der Waals) 力、離子-偶極相互作用、偶極-偶極相互作用、毛細管作用和靜電相互作用，所述鍵合相互 作用諸如共價鍵合、離子鍵合、氫鍵合、金屬鍵合、酸-堿相互作用、Pearson型酸-堿相互 作用、以及配價（配位共價）鍵合。
【具體實施方式】
[0047] 本發(fā)明的第一實施例提供用于摻入填充的聚合物材料中的用離散的功能性顆粒 改性的填料顆粒。在將所得的改性填料摻入液體預聚物混合物中之前，所述填料顆粒以高 能混合法通過將離散的功能性顆粒和填料干共混，來用離散的功能性顆粒改性。發(fā)現(xiàn)在摻 入液體預聚混合物之前，將離散的功能性顆粒與填料干共混為改性的填料顆粒提供改善的 加工特性和性能特性。通過共混加工賦予的能量必須具有足夠的能量以將功能性顆粒結 合、粘附或以其它方式締合到填料上。
[0048] 本發(fā)明的另一個實施例提供用于摻入填充聚合物顆粒中的用顏料顆粒改性的填 料顆粒。在將所得的改性填料摻入液體預聚物混合物中之前，所述填料顆粒通過采用高能 混合法將離散的顏料顆粒和填料干共混，用顏料來改性。由干共混方法賦予的能量必須具 有足夠的能量來將所述顏料顆粒結合、粘附或以其它方式締合到填料。發(fā)現(xiàn)與將填料染色， 或通過將液體顏料分散體摻入預聚物混合物中進行比較時，在摻入液體預聚物混合物中之 前將顏料顆粒與填料干共混為著色的填料顆粒提供了改善的加工特性和性能特性。還發(fā)現(xiàn) 利用干共混顏料改性的填料的用填充的聚合物材料制成的物體具有對由于物理損傷而變 白的改善的抗性。還發(fā)現(xiàn)在摻入液體預聚物混合物中之前，將顏料與填料干共混提供著色 劑在有色填充的聚合物材料中的改善的分散性，其中改性的填料將比染色的填料或液體顏 料分散體更好地耐受加工力。還發(fā)現(xiàn)干共混的改性的填料顆粒提供用于引入高負載顏料至 直接添加壓料所不允許的含量的方法