一种向聚合物材料中添加填充剂的方法技术

本发明专利技术的标的系一种向聚合物材料中添加填充剂的方法，为借组于一组合物将纳米粒子添加到无法或很难直接添加纳米粒子的聚合物材料中，所述聚合物材料是热塑性材料，所述组合物由增塑剂和平均粒度小于等于150nm的二氧化硅颗粒组成，所述二氧化硅颗粒经表面改性处理，以便与增塑剂相容，所述二氧化硅颗粒的含量为10wt%至80wt%，所述增塑剂的含量为90wt%至20wt%，所述二氧化硅颗粒胶态分散在所述组合物中。借助本发明专利技术可以通过简单的方式将纳米粒子混入任何一种聚合物材料内。

【技术实现步骤摘要】
一种向聚合物材料中添加填充剂的方法本案为以下专利申请的分案申请：申请号：200880021878.6；申请日：2008年5月29日；专利技术名称：增塑剂组合物
本专利技术涉及一种向聚合物材料中添加填充剂的方法。
技术介绍
现有技术通过在聚氨酯、聚脲或所谓的反应性树脂等聚合物材料中添加填充剂来对聚合物材料的某些特性进行改性。举例而言，通过这种方式可以改善抗冲击性、抗弯强度、硬度或电绝缘性能。现有技术还通过在聚合物材料中添加增塑剂来对其机械特性进行改性，抑或通过添加价格通常较为低廉的增塑剂来降低制备成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在不同聚合物材料中添加填充剂的方法，这种方法简单方便，易于操作。本专利技术的标的系一种组合物，其包含至少一种增塑剂和平均粒度小于等于150nm的二氧化硅颗粒，其特征在于，所述二氧化硅颗粒的含量为10wt％至80wt％，所述增塑剂的含量为90wt％至20wt％，其中，所述二氧化硅颗粒和所述增塑剂的含量总和至少为80wt％。先对本专利技术范围内所用的几个概念进行说明。本专利技术的组合物包含增塑剂。增塑剂是仅与聚合物发生物理反应且形成均相的低蒸汽压力惰性有机物质。举例而言，聚合物材料中的增塑剂可提高该聚合物材料的柔性或改善其可加工性。《乌尔曼工业化学百科全书》(Ullmann'sEncyclopediaofIndustrialChemistry)(第6版，第27卷，第217页起)对“增塑剂”这一概念做出了定义。本专利技术范围内明确采用这个定义和恰当的增塑剂说明。增塑剂在20℃下的蒸汽压力优选低于0.1hPa。其他的优选上限为0.01hPa和0.001hPa。所述组合物此外还包含平均粒度小于等于150nm的二氧化硅颗粒。此处涉及的是所谓的纳米粒子。举例而言，通过从碱性硅酸盐水溶液(即所谓的硅溶胶)中析出SiO2即可制成这种纳米粒子。EP-A-1366112对恰当的制备方法进行了说明，该文献所揭示的内容通过引用也成为本专利技术的标的。上述粒度是在固体含量为10％的情况下使用Horiba公司的动态光散射粒度分析仪LB-550在甲苯分散体系中通过动态光散射加以测定的。所给出的粒度为粒度分布的D50值。用于衡量分布宽度的尺度是跨距。跨距是无因次的，其计算公式为(D90–D10)/D50。本专利技术的组合物的主要成分是增塑剂和二氧化硅颗粒。因此，该组合物优选为一初级产品，可与其他材料(优选为可聚合材料)进一步加工成最终产品。本专利技术发现，首先二氧化硅纳米粒子无需费多大周折即可稳定地添加到增塑剂中，并于其中形成稳定的分散体系。其次，借助于本专利技术的组合物也可将纳米粒子添加到无法或很难直接添加纳米粒子的聚合物材料中。例如软质PVC、天然橡胶或诸如此类的材料。在本专利技术范围内，可以用其他金属氧化物的纳米粒子代替二氧化硅纳米粒子添加到增塑剂中，从而制成本专利技术的组合物。例如元素周期表中第三和第四主族的金属氧化物、过渡金属氧化物以及镧系元素和锕系元素的氧化物。此外，Al2O3、TiO2和ZnO2也是可以代替二氧化硅的优选金属氧化物。根据本专利技术的一种优选实施方式，所述二氧化硅颗粒和所述增塑剂在本专利技术的组合物中的含量总和至少为85wt％，更优选的最低含量为90wt％、95wt％、97wt％、98wt％、99wt％、99.5wt％、99.8wt％和99.9wt％。所述二氧化硅颗粒优选占本专利技术的组合物的总质量的20wt％至70wt％，更优选占30wt％至60wt％，更优选占40wt％至60wt％。一个更优选的范围为50wt％至75wt％。借此可以使本专利技术的组合物在其可加工性不受影响的情况下具有高含量的纳米粒子。所述增塑剂优选占所述组合物的总质量的30wt％至80wt％，更优选占40wt％至70wt％，更优选占40wt％至60wt％。根据另一优选方案，本专利技术的组合物不含溶剂。也就是说，本专利技术的组合物不含溶剂(水溶剂或有机溶剂)或所含溶剂(水溶剂或有机溶剂)的含量至少不会在技术上产生重要影响。优选上限为1wt％、0.5wt％和0.1wt％。在本专利技术范围内，“溶剂”这一概念指的是任何一种在20℃下蒸汽压力超过0.1hPa、优选超过1hPa的物质。可以在Sartorius公司的水分测定仪上以5g的称量，130℃的温度和15分钟的操作时间，以百分数计的质量损失这一形式测定溶剂含量。本专利技术的组合物优选仅包含增塑剂和二氧化硅颗粒。根据本专利技术的另一优选实施方式，本专利技术的组合物不含可进一步聚合的单体、低聚物或预聚物。所述二氧化硅颗粒的平均粒度优选为4nm至80nm，更优选为8nm至40nm，更优选为10nm至30nm，更优选为10nm至25nm。所述二氧化硅颗粒优选胶态分散在所述组合物中。“胶态”指的是，这些二氧化硅颗粒基本上彼此分离地存在于分散体系中，并不构成在技术上具有重要影响的聚集体或团聚体。二氧化硅颗粒一旦形成聚集体或团聚体，就会非希望地增大本专利技术的组合物的粘度，从而加大其加工难度或其所制成的中间产品或最终产品的加工难度。本专利技术的组合物中的增塑剂优选选自邻苯二甲酸盐、己二酸、偏苯三酸酯、磷酸酯、癸二酸盐、醋酸盐和磺酸盐所构成的群组。其他的适用增塑剂例如还有：苯二羧酸酯，柠檬酸酯，2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸酯，丙二酸酯，琥珀酸盐，植物油和动物油，苯甲酸酯，三甘醇二己酸酯，四甘醇二庚酸酯，直链烷基苯(LAB)，支链烷基苯(BAB)，聚乙二醇，聚氧乙烯醚，聚丙二醇和聚丙二醇醚。所述二氧化硅颗粒优选经表面改性处理，以便与增塑剂相容。这种表面改性优选用于使二氧化硅颗粒的亲水表面具有疏水性，从而改善二氧化硅颗粒与增塑剂的疏水性基质的相容性。本
内公知的表面增容方法例如有表面硅烷化、表面醇解和疏水聚合物的单纯物理附着。优选用有机硅烷或有机硅氧烷对SiO2颗粒的表面进行硅烷化处理。这种硅烷化处理是本
内的一种常用技术。上述有机硅烷或有机硅氧烷优选选自通式R1aHbSiX4-a-b所述的有机硅烷和通式R1nSiO(4-n)/2所述的有机硅氧烷所构成的群组，其中，每个R1均独立选自含有1至18个碳原子的烃基或含有1至18个碳原子的有机官能烃基，每个X均独立选自卤原子或含有1至18个碳原子的烷氧自由基，a＝0、1、2或3，b＝0或1，a+b＝1、2或3，前提条件为当b＝1时，a+b＝2或3，n为2至3(包括3)的整数。特别优选使用卤硅烷，更优选使用氯硅烷。所述硅烷可以官能化，例如借助于可聚合基团，特别是乙烯基。在本专利技术范围内可以使用不同的硅烷实施两个硅烷化步骤。举例而言，可以仅在两个硅烷化步骤的其中一个硅烷化步骤中使用官能化硅烷，优选乙烯基硅烷。也可以在一个硅烷化步骤中混合使用官能化硅烷和非官能化硅烷。可以使用一元醇、多元醇或二者的混合物来对SiO2颗粒进行表面改性处理。优选使用饱和伯醇。通过这种处理，硅烷醇基在SiO2颗粒表面与羟基发生化学键结，从而产生键结在表面的酯基。这项技术公开在(例如)文献US-A-2801185中。主要借助物理附着聚合物(例如聚硅氧烷)而实现的表面改性方法公开在(例如)文献EP0306862B1中。本专利技术的另一标的系本专利技术的组合物的应用，即用于在聚合物材料中添加二氧化硅颗粒。本专利技术的组合物贮存稳定，在向各种可聚合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种向聚合物材料中添加填充剂的方法，为借组于一组合物将纳米粒子添加到无法或很难直接添加纳米粒子的聚合物材料中，所述聚合物材料是热塑性材料，所述组合物由增塑剂和平均粒度小于等于150nm的二氧化硅颗粒组成，所述二氧化硅颗粒经表面改性处理，以便与增塑剂相容，所述二氧化硅颗粒的含量为10wt％至80wt％，所述增塑剂的含量为90wt％至20wt％，所述二氧化硅颗粒胶态分散在所述组合物中。

【技术特征摘要】
2007.07.30 EP 07014928.11.一种向聚合物材料中添加填充剂的方法，为借助于一组合物将纳米粒子直接添加到无法或很难直接添加纳米粒子的聚合物材料中，所述聚合物材料是热塑性材料，所述组合物由增塑剂和平均粒度小于等于150nm的二氧化硅颗粒组成，所述二氧化硅颗粒经表面改性处理，以便与增塑剂相容，所述二氧化硅颗粒的含量为10wt％至80wt％，所述增塑剂的含量为90wt％至20wt％，所述二氧化硅颗粒胶态分散在所述组合物中，所述二氧化硅颗粒经表面改性处理为表面硅烷化，所述表面硅烷化是指采用有机硅烷对SiO2颗粒的表面进行硅烷化处理，所述有机硅烷选自通式R1aHbSiX4-a-b所述的有机硅烷构成的群组，其中，每个R1均独立选自含有1至18个碳原子的烃基或含有1至18个碳原子的有机官能烃基，每个X均独立选自卤原子，a＝0、1、2或3，b＝0或1，a+b＝1、2或3，当b＝1时，a+b＝2或3，n为2至3的整数，借助所述组合物而加入的二氧化硅颗粒占总质量的1wt％至50wt％，所述总质量是指所述聚合物材料和所述组合物的质量总和。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机硅烷为氯硅烷。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机硅烷官能化。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述有机硅烷借助于可聚合基团官能化。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述有机硅烷借助于乙烯基官能化。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面硅烷化使用不同的硅烷实施两个硅烷化步骤。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，仅在两个硅烷化步骤的其中一个硅烷化步骤中使用官能化硅烷。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，仅在两个硅烷化步骤的其中一个硅烷化步骤中使用乙烯基硅烷。...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌维·迪特里希·屈内尔，
申请(专利权)人：赢创汉斯有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE