用烷基硅烷和烷基硅烷共聚物处理矿物质制造技术

本发明专利技术涉及用烷基硅烷和烷基硅烷共聚物对矿物质进行硅烷化或表面处理。本发明专利技术尤其涉及适用于颜料或填料表面处理的烷基硅烷共聚物。该烷基硅烷共聚物包含至少两种不同的单体。该共聚物特别适用于白色颜料如二氧化钛的表面处理，以改进颜料与聚合物材料配混时特别是与聚烯烃相配混时的分散性和加工性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利
本专利技术涉及用烷基硅烷和烷基硅烷共聚物对颜料和填料进行处理。烷基硅烷共聚物是由单体硅烷或低聚硅烷经水解和缩合而制得的。烷基硅烷和烷基硅烷共聚物特别适用于矿物质的表面处理以改进矿物质在聚合物组合物中的分散性能和加工性能。本专利技术的硅烷共聚物尤其适用于与聚烯烃特别是低密度乙烯相混合的二氧化钛的表面处理。烷基硅烷特别适用于白土、超微白土、氢氧化铝和氢氧化镁的硅烷处理。
技术介绍
有机化合物已广泛用于无机粒状物质(如无机氧化物例如膜、粒状填料和颜料)和添加后起增强树脂或塑性材料作用的纤维(如玻璃纤维、铝纤维和钢纤维)的表面处理。通常的有机硅处理涉及用有机官能化的可水解硅烷的水解产物(和/或水解产物的缩合物)涂布这类表面。特别地有机硅烷化合物已经应用于颜料(例如二氧化钛)的改性，从而改变颜料在指定的基质中的分散特性。常用的基质材料包括热塑性聚合物如低密度聚乙烯。二氧化钛的这种处理方法在技术上是众所周知的。例如，美国专利4061503公开了用经聚醚取代的硅化合物对粒状二氧化钛进行处理以改善二氧化钛在着色的和/或填充的油漆和塑料中的分散性以及在增强的塑料复合材料组合物中的分散性。硅烷化合物被认为是具有至少两个键合在硅上的可水解基团和一个含聚醚基团的有机基团的化合物，处在二氧化钛微粒表面上的硅烷量足以提高微粒在树脂或塑料介质中的分散性。美国专利4151154公开了经含0.05-10(重量)％(以颜料或填料的重量计)有机聚硅氧烷的改性的、憎水的、有色颜料或填料或磁性颜料或填料。美国专利4810305公开了在合成树脂中呈高分散性的含0.05-10(重量)％有机聚硅氧烷的、改性的憎水性颜料或填料，美国专利5607994和5631310公开了烷基硅烷在处理TiO2以改进TiO2与塑料配混时的加工性能及产品品质如在聚合物基质中的抗色差条纹性(lacing resistance)中的用途。美国专利4950779公开了通过采用化学计量的甲酸实施多烷氧基硅烷或多氨基硅烷的缩合来制造硅氧烷低聚物的非水性方法。美国专利5932757公开了特别适用于矿物质表面处理的缩合的烷基烷氧基硅烷低聚物的混合物，这种混合物基本可防止矿物质表面被亲水液体所润湿。本专利技术者业已发现，与单一硅烷或硅烷低聚物的自缩合作用不同，不同的硅烷即不同硅烷单体的水解和缩合可形成具有较均聚物更大操作适应性范围的烷基硅烷共聚物和三元共聚物。本专利技术的烷基硅烷共聚物和三元共聚物可用于填料、颜料等的表面处理，以改进此类化合物在热塑性树脂或聚合物(包括烯烃聚合物如低密度聚乙烯，甚至填充量极高的情况下)中的分散性。当本专利技术经处理过的填料或颜料与烯烃聚合物相共混时，与未经处理的填料和颜料，或经单一硅烷或硅烷低聚物或均聚物处理的填料和颜料不同，经本专利技术处理过的填料或颜料具有优良的配混加工性能、分散性以及包括白度指数和黄度指数的光学性能。特别地本专利技术已经应用于二氧化钛颜料的处理，以改进二氧化钛在低密度聚乙烯中的分散性。专利技术概述本专利技术涉及用烷基硅烷和烷基硅烷共聚物对颜料和填料进行表面处理。本专利技术的烷基硅烷共聚物是由单体硅烷和/或低聚物硅烷经水解和缩合而制得的。烷基硅烷共聚物有多个可水解基团，其主链结构中包含至少两个不同的单体。更具体地说，本专利技术的烷基硅烷共聚物具有下列通式Rm-nR5式中R、R1、R4和R5为可水解基团如烷氧基、卤素、乙酰氧基、羟基等，或它们的混合物；R2为直接或间接与硅原子相键合的非水解的C1-C20脂族、脂环族或芳族烃基团；R3选自不同于R2的非水解和水解的基团；m和n各自为1-20的数字。烷基硅烷也可为具有下列通式的三元共聚物Rm-n-p R5式中R、R1、R2、R3、R4和R5的规定同上；R6可为按R3规定的非水解基团，但不同于R2和R3；R7为可水解基团如烷氧基、卤素、乙酰氧基、羟基等，或它们的混合物；以及m、n和p各自为1-20的数字。烷基硅烷为烷基三烷氧基硅烷。本专利技术的烷基硅烷共聚物和烷基硅烷可用于矿物质型化合物如颜料或填料的表面处理或硅烷化处理。特别地烷基硅烷适用于白土、超微白土、氢氧化铝和氢氧化镁的硅烷化处理。表面处理或硅烷化可提高颜料或矿物质在与聚合材料配混时的分散性能和加工性能。从而可使颜料或矿物质与聚合物在挤塑机中熔混时只需较低的扭矩和压力。本专利技术的经表面处理或硅烷化的颜料或填料除上述改进外，还具有优良的包括白度和黄度指数、色相、色度和光泽的光学性能。优选实施方案的详细说明可采用本专利技术烷基硅烷和烷基硅烷共聚物及三元共聚物进行处理或硅烷化的化合物包括颜料和填料，以及无机微粒状材料如无机氧化物(如膜)和起增强树脂或塑性材料作用的纤维(如玻璃纤维、铝纤维和钢纤维)。特别地烷基硅烷和烷基硅烷共聚物及三元共聚物可用于处理白色颜料和填料。可进行表面处理或硅烷化的某些特定材料包括煅烧白土、超微白土、氢氧化铝、氢氧化镁等。本专利技术的烷基硅烷共聚物尤其可用来处理常用作颜料的二氧化钛。适用于本专利技术中的TiO2颜料通常是呈金红石型或锐钛型晶体形态的。它们一般是用氯化法或用硫酸法制造的。最佳平均粒度范围为约0.005-约1微米。TiO2颜料也可包含能进一步提高分散特性或其它性能(如耐久性)的其它成分。例如，颜料可包含添加剂和/或无机氧化物如铝、硅或锡的氧化物以及三乙醇胺、三羟甲基丙烷、磷酸盐等。本文中称作“处理过”的颜料或填料是指表面经至少一种烷基硅烷共聚物或至少一种烷基硅烷共聚物与至少一种以三有机基甲硅烷基为端基的非水解性聚二有机基硅氧烷(本文都称为有机硅化合物)的混合物处理过的颜料或填料。本文中称作“硅烷化”的颜料或填料是指表面经至少一种单一烷基硅烷或烷基硅烷单体处理过的颜料或填料。根据本专利技术，不同化学结构的硅烷单体可经水解或缩合而形成共聚物、三元共聚物等。本专利技术的烷基硅烷必须是以至少两种不同单体形成的，但采用多少种不同单体没有限制。下文中，本说明书将涉及共聚物的一般结构，虽然也指三元共聚物，但对采用的不同单体的种数并非限于三种。例如，四种单体或四种以上单体都可用来形成本专利技术的聚合物。烷基硅烷共聚物主链中采用不同的单体可形成具有不同的共聚单体官能基团的聚合物。二官能度共聚物与填料有较强的偶联作用，对原料树脂有较好的相容性。例如，如果一种单体是不饱和的如乙烯基单体，则除偶联作用和相容功能外，还能提供交联功能。可采用预缩合方法来得到具有包括与聚合物树脂相偶联、交联及相容的三种不同功能的三元共聚物，共聚物的这些功能是随所选的硅烷或硅化合物的类型以及硅烷或硅化合物中侧链官能基团而定的。烷基硅烷共聚物是可商购的或可根据技术上已知的方法如“Organo silicon Compounds”(S，Pawlenko等，New York(1980))中所述方法来制备，该文献中所介绍的内容已列入本文供参考。烷基硅烷共聚物可由具有至少两个可水解基团的硅烷通过水解和缩合反应来制备。可采用具有单一可水解基团的硅烷来封端共聚物。“Organofunctional Silanes”(Union Carbide，1991)已对硅烷的水解作了较详细的说明，该文献中所介绍的内容已列入本文供参考。缩合反应可通过采用甲酸和催化剂而加速。缩合反应导致大部分烷氧基基团在颜料或填料如TiO2处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种经烷基硅烷共聚物表面处理的颜料或填料，所述共聚物具有多个可水解基团，并包含至少两种不同的单体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：HL梅，LM潘泽尔，HE佩蒂，PE拉姆达特，RE克里斯蒂，JR阿尔方索，
申请(专利权)人：克鲁普顿公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]