供高温应用的经表面处理的滑石和聚合物组合物制造技术

本发明专利技术涉及用于高温应用的组合物。更具体地，本发明专利技术涉及涂布的滑石，其制备方法，和它作为添加剂在生产聚烯烃复合材料中的用途。根据本发明专利技术方法生产的聚烯烃复合材料显示出高的热稳定性且可用于宽范围的高温应用中。

Surface treated talc and polymer composition for high temperature applications

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】供高温应用的经表面处理的滑石和聚合物组合物本申请要求2017年9月19日提交的美国专利申请No.15/708608的优先权，而美国专利申请No.15/708608要求2017年4月27日提交的美国专利申请No.62/490939的权益，和这两件申请在本文中通过参考引入。专利技术背景专利
本专利技术涉及在高温应用中显示出热稳定性的组合物和产品。更具体地，本专利技术涉及聚合物组合物，经表面处理或涂布的滑石，和热稳定剂。本专利技术的组合物可用于宽范围的高温应用中的部件上。现有技术的描述某些聚合物，诸如聚烯烃，当与热稳定剂一起使用时，因其高的热稳定性，尤其可用于高温应用。这种应用中的部件，例如在汽车引擎盖下的部件每每经历数分钟或数小时的远高于周围温度的高温下。聚烯烃在热不稳定性(例如，以脆化显示)开始之前可经历这种使用若干小时。然而，聚烯烃本身具有的劲度对某些应用来说可能不足。另外，热暴露的循环性质造成部件膨胀和收缩，这导致尺寸不稳定，即部件的形状在使用期间改变。所需要的是，具有高热稳定性同时还具有高尺寸稳定性和高劲度以用于宽范围高温应用的聚烯烃组合物。
技术实现思路
本专利技术的实施方案包括含下述的组合物：聚烯烃；具有包括表面处理组分涂层的表面处理的无机矿物粒子，和热稳定剂，其中无机矿物选自滑石，碳酸钙，沉淀碳酸钙，粘土和氧化硅，其中表面处理组分选自官能化聚醚，和碳基聚合物，其中表面处理组分抑制热稳定剂吸收在粒子上，以允许热稳定剂保持分布在聚烯烃中并减少因暴露于高温环境下导致的组合物降解。上述实施方案可包括下述特征中的任何一种或组合：其中无机矿物是滑石；其中表面处理组分是聚山梨酯20(PO-20)；其中PO-20对滑石的比率为0.1至5wt％；其中PO-20对滑石的比率为0.4至0.8wt％；其中热稳定剂均匀分布在聚烯烃基质当中；和其中表面处理组分阻断粒子上可吸附聚烯烃中热稳定剂的位点，这种吸附将降低聚烯烃对因暴露于高温环境下造成的其性能劣化的抗性；和其中表面处理组分提高聚烯烃和粒子的相容性。本专利技术的实施方案包括形成组合物的方法，该方法包括在无机矿物粒子的表面上形成表面处理涂层，其中无机矿物选自滑石，碳酸钙，沉淀碳酸钙，粘土和氧化硅，其中表面处理涂层选自官能化聚醚，和碳基聚合物；熔融配混涂布的粒子与含热稳定剂的聚烯烃，形成含涂布粒子分散在聚烯烃基质当中的组合物，其中表面处理涂层抑制在配混期间热稳定剂吸附在粒子上，结果热稳定剂分散在聚烯烃基质当中。上述实施方案包括下述特征中的任何一个或组合：其中无机矿物是滑石；其中表面处理涂层是聚山梨酯20(PO-20)；其中PO-20对滑石的比率为0.1至5wt％；其中PO-20对滑石的比率为0.4至0.8wt％；其中热稳定剂均匀分布在聚烯烃基质当中；和其中表面处理组分阻断粒子上可吸附聚烯烃基质中热稳定剂的位点，这种吸附将降低聚烯烃因暴露于高温环境下造成的其性能劣化的抗性。附图说明图1描绘了聚烯烃、未处理的滑石和用聚山梨酯20涂布的滑石的长期热老化(LTHA)试验结果。图2描绘了聚烯烃、未处理的滑石和用聚山梨酯20涂布的滑石的长期热老化(LTHA)试验结果。图3描绘了聚烯烃、未处理的滑石和用聚山梨酯20涂布的滑石(滑石浓度为20wt％)的LTHA试验结果。图4描绘了聚烯烃、未处理的滑石和用聚山梨酯20涂布的滑石(滑石浓度为40wt％)的LTHA试验结果。具体实施方式可通过在聚烯烃聚合物内包括无机粒子，形成复合聚合物树脂，来改进聚烯烃的尺寸稳定性和劲度。例举的无机材料包括滑石，碳酸钙，沉淀碳酸钙，粘土或氧化硅。某些无机矿物粒子具有极性和非极性或疏水区域或位点二者。极性区域或位点倾向于优先吸附极性物种，例如典型地用作热稳定剂的聚合的受阻胺，酚类基化合物，和硫醚。滑石粒子，例如具有非极性或疏水表面和极性边缘的板状结构。引入到聚合物内的滑石将加入到聚烯烃中的热稳定剂优先吸附到滑石粒子的极性边缘中。对于热稳定剂来说，重要的是保持分散在聚烯烃聚合物当中，当暴露于高温下时提供聚合物热稳定性。存在于聚烯烃中提供热稳定性的热稳定剂被滑石吸附会降低聚合物对热能的抗性。因此，热稳定剂的吸附造成复合组合物脆化的时间远比聚合物中未添加滑石时更快。由于高温环境中滑石增强的聚烯烃基塑料材料的发展，这已经成为长期以来的问题。可通过使用更加昂贵的工程树脂，例如尼龙或增加昂贵的热稳定剂(例如聚合的受阻胺)的用量，以补偿被滑石吸附的量来解决热稳定剂的吸附问题。然而，这些替代方案无法成为减轻用于高温环境应用的滑石-聚烯烃复合材料的加速热降解问题的成本合算的方式。本专利技术包括足够强力吸附至滑石上，以阻断吸附聚烯烃聚合物中的热稳定剂的位点且与滑石和聚烯烃基质二者相容的表面处理。表面处理进而允许热稳定剂保留在聚合物基质中，以使经历高温的部件的使用寿命增加远比未在与聚烯烃熔融配混之前向滑石中添加表面处理的情况长。熔融配混是熔融共混聚合物与其他添加剂的方法。这种表面处理的发展的挑战至少部分是因为必须确定表面处理足够强地吸附至滑石矿物的极性边缘上而不会在熔融配混期间解吸附且仍然与聚烯烃基质相容。本专利技术的方面包括含下述的组合物：聚烯烃；具有包括表面处理组分的涂层的表面处理的无机矿物粒子，和热稳定剂。无机矿物选自滑石，碳酸钙，沉淀碳酸钙，粘土和氧化硅。表面处理组分可以选自官能化聚醚和碳基聚合物。表面处理组分抑制热稳定剂吸附在粒子上，其允许热稳定剂减少因暴露于高温环境下导致的组合物降解。在上述方面中，涂层部分或完全覆盖粒子表面。在滑石粒子表面上，涂层厚度可以是均匀的。在上述方面中，热稳定剂分布在聚合物当中，而不是优先吸附在粒子表面上。认为表面处理组分阻断粒子上可吸附聚合物中热稳定剂的位点，这种吸附会降低聚合物对热能的抗性。因此，热稳定剂能改进高温环境中对于热暴露的热抗性。表面处理组分对粒子的比率可以是0.1至1wt％。在组合物中无机粒子的含量或负载量可以是0.1至1，1至10wt％，10至20wt％，20至30wt％，30至40wt％，或大于40wt％。优选的表面处理组分是聚氧乙烯(20)脱水山梨醇单月桂酸酯或聚山梨酯20(PO-20)。PO-20是具有非极性端和极性端的非离子表面活性剂。PO-20的结构是：PO-20的一般市售形式包括获自Croda的TweenTM20和获自BASF的20。优选的无机矿物是滑石，优选的涂层量范围为0.4至0.8wt％PO-20/wt滑石。PO-20充当滑石粒子和聚烯烃之间的相容剂。因此，它有助于粒子在聚烯烃中均匀分散。另外，PO-20吸附在滑石的极性边缘上且阻断热稳定剂吸附。滑石粒子的中值粒度可以是0.1至10微米，或更窄地，0.5至1微米，1至1.5微米，1.5至2微米，2至3微米，3至5微米，或5至10微米。在聚烯烃中的热稳定剂通常通过树脂制造添加，其浓度范围典型地为0.05至1.0wt％。这些热稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合物，它包含：/n聚烯烃；/n具有包括表面处理组分涂层的表面处理的无机矿物粒子，和/n热稳定剂，/n其中无机矿物选自滑石，碳酸钙，沉淀碳酸钙，粘土和氧化硅，/n其中表面处理组分选自官能化聚醚，和碳基聚合物，/n其中表面处理组分抑制热稳定剂在所述粒子上吸附，这种抑制允许热稳定剂保持分布在聚烯烃中并减少因暴露于高温环境下造成的组合物降解。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170427 US 62/490,939;20170919 US 15/708,6081.一种组合物，它包含：
聚烯烃；
具有包括表面处理组分涂层的表面处理的无机矿物粒子，和
热稳定剂，
其中无机矿物选自滑石，碳酸钙，沉淀碳酸钙，粘土和氧化硅，
其中表面处理组分选自官能化聚醚，和碳基聚合物，
其中表面处理组分抑制热稳定剂在所述粒子上吸附，这种抑制允许热稳定剂保持分布在聚烯烃中并减少因暴露于高温环境下造成的组合物降解。


2.权利要求1的组合物，其中无机矿物是滑石。


3.权利要求1的组合物，其中表面处理组分是聚山梨酯20(PO-20)。


4.权利要求3的组合物，其中PO-20对滑石的比率为0.1至5wt％。


5.权利要求4的组合物，其中PO-20对滑石的比率为0.4至0.8wt％。


6.权利要求2的组合物，其中表面处理组分是聚山梨酯20(PO-20)。


7.权利要求6的组合物，其中PO-20对滑石的比率为0.1至5wt％。


8.权利要求7的组合物，其中PO-20对滑石的比率为0.4至0.8wt％。


9.权利要求1的组合物，其中表面处理组分阻断粒子上可吸附聚烯烃内热稳定剂的位点，这种吸附会降低聚烯烃对因暴露于高温环境下造成的其性能...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·C·韦内特，
申请(专利权)人：密执安特种矿石公司，
类型：发明
国别省市：美国;US