利用低VOC硅烷的填料处理制造技术

一种处理填充材料的方法，其包括使填充材料与硅烷接触，所述硅烷在水解时产生硅烷的含硅水解产物和／或基本不产生显著量的挥发性有机化合物，从而提供处理过的填料，然后可将该处理过的填料引入到基质内以提供复合体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用低VOC硅垸的填料处理相关申请的交叉引用本申请要求2005年2月8日提交的美国临时申请60/650,907的优 先权，通过引用将其结合到本文中。专利技术背景通常将微粒填充材料引入基质内来增强复合物的某些性能例如强 度、颜色、松密度等等。基质通常为热塑性或热固性高聚合树脂。通 常用硅垸处理微粒填料，从而对填料的表面性能进行改性和/或使填料 结合至基质材料。硅烷处理可致使填料分散性、耐化学性、抗磨损性、 高温形变、湿和干的电性能、抗划伤性、抗张强度、挠曲强度和其它 机械性能的改善。通常使用硅烷作为用于多种无机微粒填料例如二氧化硅、滑石、 粘土和氧化铝的处理物。通常的填料包括硅灰石、三水合氧化铝(ATH)、 氢氧化镁、高岭土、斑脱土、沉淀或煅制二氧化硅、二氧化钛、玻璃 珠和玄武岩。硅烷也较小程度地与填料例如硫酸钙、碳酸钙、硫酸钡、 石墨和碳黑一起使用。天然纤维填料例如大麻、亚麻或洋麻也可与硅 垸一起使用。用于填料处理的一些更常用的硅烷包括得自于General Electric Company的氨丙基三乙氧基硅烷(Silquest⑧A-llOO)、环氧丙氧丙基三甲 氧基硅烷(Silquest⑧A-187)、脲基丙基三甲氧基硅烷(Silquest⑧A-1524)、 卩-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷(8^1^1@ A-186)、甲基丙烯酰氧 基丙基三甲氧基硅垸(Silquest⑧A-174)、乙烯基-三-(2-甲氧乙氧基)硅烷 (Silquest A-172)和乙烯基三乙氧基硅垸(Silquest⑧A-151)。用于无机填料处理的垸氧基官能性硅烷的使用，导致通过硅垸水 解或硅烷与填料的反应而释放醇，这种醇通常为甲醇或乙醇，并且能 够造成环境、健康和安全隐患。由于挥发性有机化合物的排放受到更 加严格管制，已经多次强制填料处理器和混炼机降低产量、安装回收 或整治设备、或使用特殊的工程控制，来满足新的、更严格的排放限 制以及减轻可燃危害物的爆炸。在一些情况中，常规的垸氧基官能性硅垸可作为稳定的无醇水溶 液而被制得，并且有时可利用这些硅垸溶液作为填料处理物来降低挥发物排放。例如可以是氨丙基三硅垸醇(31^1^^@八-1106)的水溶液。然 而，通常仅有少数例子中硅烷可作为稳定的无醇水溶液而被制备。另 外，硅烷的水溶液通常给终端用户造成成本增加，因为在它们的生产 中需要额外加工步骤，并且增加了与水相关的装运的费用。可选择地，在一些情况中可在填料处理期间使用硅烷低聚物来降 低挥发性有机化合物(VOCs)的排放。此外，仅仅有限类型的硅垸可用 作低聚物，并且它们不一定提供与常规硅垸相同水平的性能。填料处理器和混炼机需要更加有成本效益的方法，以降低来自它 们使用常规硅烷的加工处理的VOCs排放。专利技术简述这里提供了一种处理微粒填充材料的方法，其包括使填料与含硅 垸的组合物接触，所述硅垸在水解时，基本上不产生显著量的挥发性 有机化合物(VOC)和/或硅垸的含硅水解产物。当与使用包含常规烷氧基官能性硅垸的组合物相比时，该方法有 利地提供了降低的VOCs排放。专利技术详述用于处理微粒填充材料的组合物包括低VOC硅垸和/或硅垸的含 硅水解产物，它们作为处理剂来改性填料粒子的表面性能和/或使填料 粒子结合至其被引入的基质材料。可使用纯的或与载液一起使用低VOC硅烷。载液可以是水，在这种情况中，低voc硅垸可水解成含硅水解产物而不产生显著量的挥发性有机化合物副产物。在另一实施方案中，载液可以是有机化合物， 在初始的不水解或部分水解的条件下将硅垸应用到到填料。在本专利技术 的填料处理组合物中适合用作载液的有机化合物包括直链或支化的脂肪烃或芳烃、醇、醚和疏质子溶剂例如二甲基甲酰胺或l-甲基-2-吡咯烷酮。硅烷或含硅水解产物与填充材料表面上的官能团结合。这种官能 团包括但不限于，硅烷醇、羧酸和甲醇。这些官能团能够与硅烷的可 水解基团或者与硅烷水解产物反应，以在硅烷和填料的表面之间形成 共价键。 一种这样的共价键的例子可以是由硅垸和存在于硅质填料表面上的硅垸醇反应形成的硅氧烷联接(Si-O-Si)。低VOC硅烷在水解时产生非显著量的VOCs。这里使用的表述"挥 发性有机化合物"(VOC)应理解适用于这样的有机化合物，即当其基本 上是纯的时候，在大气压力下具有至多约185"C的沸点。这种VOCs的 具体例子包括但不限于，甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇和2-甲氧 基乙醇。适合用低VOC硅垸处理的典型的填料粒子包括但不限于，钙 硅石、三水合氧化铝(ATH)、氢氧化镁、高岭土、斑脱土、沉淀或煅制 二氧化硅、二氧化钛、玻璃珠、玄武岩、硫酸钙、碳酸钙、硫酸钡、 石墨和碳黑。天然填料例如大麻、亚麻或洋麻也可与硅烷一起使用。在本专利技术的一个实施方案中，低VOC硅烷(包括它的部分或全部 水解的含硅产物)包括水解时提供挥发性非常低的副产物二醇的二醇 取代的环状硅烷。这些硅垸以与常规的烷氧基取代硅烷相似的方式水解。在二醇取代的环状硅垸水解时，释放出二醇，形成在组成上与通 过常规烷氧基取代硅垸的水解制得的硅烷相似的硅垸。常规硅烷水解 的一般可接受产物是含硅垸醇的物质，其然后可进一步与自身或与其 它物质反应。由二醇取代的环状硅烷水解产生的二醇副产物由于具有 低的蒸汽压，因而没有以显著的量释放进入环境中。因此，二醇取代 的环状硅垸水解产生含硅烷醇的物质，它们以与常规硅烷相似的方式 反应，但不释放出挥发性有机物例如醇。根据本专利技术的另一实施方案，本专利技术的处理方法和组合物中有用 的硅烷由如下通式代表r]n (式1)其中每一出现的G独立地选自包括如下的一组基由垸基、烯基、芳基或芳烷基的一个或多个氢原子被取代所得到的多价基，或者是可通过去掉杂碳(heterocarbon)的一个或多个氢原子而得到的分子部分， G包含约1-约30个碳原子；每一出现的X独立地选自-Cl、-Br、R^O-、R'C(-0)0-、R/R2C二NO-、 R'R2NO-或RiR2N-、 -R1、画(OSiR!R2)t(OSiR'R2R3)、禾口-0(R"CRU)fOH， 其中每一出现的R1、 R2、 R3、 R1Q、和R"独立地是R;每一出现的Zb独立地是(-0-)0.5，和。.5，其中每一出现的R"和R"独立地是R;每一出现的Ze独立地为-0(R"CR")fO-，其中每一出现的R和R1Q 和R"独立地是R;每一出现的R独立地选自包含如下的一组基团氢；直链的、环 状或支化的烷基基团并且可包含不饱和的烯基、芳基和芳垸基；或者 通过去掉杂碳的一个或多个氢原子而得到分子部分；每一出现的R包 含l-约20个碳原子；每一出现的下标f是1-约15的整数，每一出现的n是1-约100的 整数，条件是当n大于l时，v大于0且Zb的所有化合价均为硅原子 键合，每一出现的下标u是0-约3的整数，每一出现的下标v是0-约3 的整数，每一出现的下标w是O-约1的整数，但须u+v+2w二3，每一出 现的下标r是1-约6的整数，每一出现的下标t是0-约50的整数，及 每一出现的下标s是1-约6的整数；每一出现的Y是化合价r的有机 官能性基团；构成环状或桥连的二烷氧基有机官能性硅垸组合物的至少一种环 状或桥连二烷氧基有机官能性硅垸包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理填充材料的方法，其包括使填充材料与硅烷接触，所述硅烷在水解时产生硅烷的含硅水解产物和／或基本不产生显著量的挥发性有机化合物，从而提供处理过的填料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：基思韦勒，
申请(专利权)人：莫门蒂夫功能性材料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]