用于补强塑料的经聚乙烯醇施胶的填料制造技术

本发明专利技术公开了一种施胶的补强填料，其包含填料和布置在所述填料的至少一部分上的施胶剂，所述施胶的补强填料用于补强塑料。施胶剂基于聚乙烯醇、乙烯/乙烯醇共聚物、硅烷接枝的聚乙烯醇和硅烷接枝的乙烯/乙烯醇共聚物、硅烷接枝的聚乙烯醇和硅烷接枝的乙烯/乙烯醇共聚物中的至少一种。聚乙烯醇可用作所有类型的纤维和颗粒的施胶剂，以补强所有类型的商品和工程塑料，特别是聚烯烃树脂，从而形成聚合物复合材料。因此，还公开了用这种施胶的补强填料补强的聚合物复合材料，以及包括这种聚合物复合材料的制品、部件和产品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于补强塑料的经聚乙烯醇施胶的填料相关申请本申请要求于2017年8月7日提交的美国临时申请No.62/541,834的优先权，通过引用将其全部内容合并于此作为参考。
本专利技术通常涉及包含施胶的补强填料，该施胶的补强填料包括填料和布置在该填料的至少一部分上的施胶剂，其中该施胶剂包括至少一种聚乙烯醇、乙烯/乙烯醇共聚物、硅烷接枝的聚乙烯醇和硅烷接枝的乙烯/乙烯醇共聚物、硅烷接枝的聚乙烯醇和硅烷接枝的乙烯/乙烯醇共聚物。本专利技术还涉及通常用至少一种施胶的补强填料补强的聚合物复合材料，其中该至少一种施胶的填料包括如上所述的填料和施胶剂，其中该补强填料可以是包括连续纤维、磨碎纤维或短切纤维的纤维；颗粒；或其任何组合；本专利技术还涉及包括这种聚合物复合材料的产品、模制部件和产品。专利技术背景当施涂到补强填料如补强纤维或补强颗粒上时，施胶组合物旨在改善塑料复合材料中的机械性能。因此，持续需要可用于补强聚合物树脂的改进的施胶的填料。专利技术概述玻璃纤维是塑料的主要补强剂。也可以使用具有这种能力其他纤维，例如碳、玄武岩、石英、氧化铝、碳化硅、尼龙、聚酯、聚丙烯、芳族聚酰胺，丙烯酸等。许多天然纤维，例如大麻、黄麻等，可用于制造“绿色”的补强塑料复合材料。然而，不管用作补强材料的纤维为何种类型，通常需要在纤维上施胶或粘合以在制造过程中保护纤维并增强纤维和塑料树脂之间的粘合。可以使用两种主要类别的基质树脂：热固性树脂和热塑性树脂。聚乙酸乙烯酯、环氧树脂、聚酯、酚醛、苯氧基树脂或聚氨酯分散体可用作用于补强热固性树脂的纤维施胶剂。对于用于补强热塑性树脂的纤维的施胶，可以使用聚氨酯、环氧树脂、苯氧基树脂、聚丙烯和丙烯酸分散体，以及其他化学品。尼龙和热塑性聚酯树脂形成了热塑性复合材料的主要材料部分。聚氨酯可用于补强尼龙树脂的纤维施胶，而环氧树脂施胶剂可用于热塑性聚酯的纤维补强的施胶。用于对补强纤维(例如，E-玻璃和其他类型的普通玻璃纤维)施胶的配方可以由三个一般类别的组分组成：(1)偶联剂(例如，甲基丙烯酸铬(III)(可用例如ZaclonLLC的)、硅烷、钛酸酯等)，(2)成膜剂(例如聚乙酸乙烯酯、环氧树脂、聚酯、聚氨酯等)，以及(3)加工助剂(例如，润滑剂、润湿剂、中和剂、抗静电剂、抗氧化剂、成核剂、交联剂或其任何组合)。成膜剂的组成可以占施胶剂配方的50％至90％，成膜剂在保护纤维免受磨损以及桥接纤维和树脂方面起着至关重要的作用。聚烯烃树脂(例如，聚乙烯和聚丙烯等)可能需要不同于尼龙和热塑性聚酯复合材料中使用的施胶剂，以粘合纤维和树脂。由于聚烯烃树脂的非极性性质，与使用尼龙和聚酯树脂时观察到的相比，使用聚氨酯或环氧树脂分散体作为成膜剂可能难以实现相同程度的亲和力或反应性。因此，聚乙烯或聚丙烯分散体可被选择作为用于补强聚烯烃的纤维上的施胶剂，其中酸或马来酸酐接枝的聚乙烯或聚丙烯分散体是优选的。这些聚乙烯和聚丙烯分散体可以为纤维和聚烯烃树脂之间提供一些结合。本专利技术的一个方面提供一种施胶组合物，当施加到补强填料如补强纤维或补强颗粒时，该施胶组合物产生在塑料复合材料中具有良好的机械性能的施胶的补强填料。特别地，当用于基于聚烯烃树脂的复合材料时，用这种组合物施胶的补强填料将显示优异的机械性能。本专利技术的另一方面在于，施胶组合物可以是固体形式，因此，与含有40-70重量％水的水性分散体相比，该施胶组合物运输成本效益高得多。本专利技术的另一方面在于，施胶组合物可以作为水溶液制备，该水溶液可以耐受由于添加其他成分而产生的宽pH范围。这提供了对用于涂覆补强填料的聚丙烯分散体的改进，该补强填料特性在于主要是阴离子并且具有高的pH，因此可能与酸性成分不相容。本专利技术的另一方面是，与储存寿命非常有限的大多数水性分散体相比，该施胶组合物可具有长的可用的储存寿命。本专利技术的另一方面是，与大多数水性分散体相比，施胶组合物在处置时可能是无害的，并且不会对环境造成任何影响，而前者会产生昂贵的处置费用。在本专利技术的另一个方面，施胶组合物可以改善热塑性复合材料，特别是基于聚烯烃的复合材料的耐水性。当用作补强纤维的成膜剂(即施胶剂)时，马来酸酐接枝的聚丙烯分散体最终将赋予聚烯烃复合材料黄色。在器具的应用中，不黄变是至关重要的产品要求。因此，本专利技术的另一方面是施胶组合物可以改善或至少不会不利地影响热塑性复合材料的颜色。本专利技术实现了所述这些方面和其他方面，并且本专利技术克服了现有技术的缺陷。因此，本专利技术的一个实施方案是施胶的补强填料，其包含填料和布置在至少一部分填料上的施胶剂，其中所述施胶剂包含聚乙烯醇、乙烯/乙烯醇共聚物、硅烷接枝的聚乙烯醇和硅烷接枝的乙烯/乙烯醇共聚物、硅烷接枝的聚乙烯醇和硅烷接枝的乙烯/乙烯醇共聚物中的至少一种。在某些实施方案中，填料为纤维、颗粒、或其任何组合的形式，纤维包括连续纤维，磨碎纤维或短切纤维。在某些实施方案中，填料是选自无机纤维，有机纤维，天然纤维，其任何组合的纤维。在某些实施方案中，填料是选自以下所列纤维：碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、氧化硅纤维、石英纤维、氧化铝纤维、钢纤维、碳化硅纤维、尼龙纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、丙烯酸纤维、聚苯硫醚纤维、大麻纤维、黄麻纤维、洋麻纤维，或其任何组合。在一个实施方案中，填料是纳米纤维。在另一实施方案中，填料是基于植物的天然纤维。在某些其他实施方案中，纤维是玻璃纤维。在其某些实施方案中，玻璃纤维由具有选自C、D、E、改性的E、R和S的等级的玻璃制成。在某些其他实施方案中，纤维是碳纤维。在其某些实施方案中，碳纤维选自低模量碳纤维、标准模量碳纤维、中模量碳纤维、高模量碳纤维和超高模量碳纤维。在某些实施方案中，填料是选自颜料和固体添加剂的颗粒。在其某些实施方案中，颗粒选自滑石、云母、粘土、纳米粘土、碳酸钙、氢氧化铝、氧化钛和二氧化硅。在某些实施方案中，施胶剂包含聚乙烯醇。在其某些实施方案中，聚乙烯醇是部分水解的聚乙烯醇、中度水解的聚乙烯醇、完全水解的聚乙烯醇或超完全水解的聚乙烯醇。在某些其他实施方案中，施胶剂还包含至少一种其他成膜剂。在其某些实施方案中，至少一种其他成膜剂选自聚丙烯分散体、聚氨酯分散体、环氧树脂分散体、聚酯分散体、聚乙酸乙烯酯分散体、苯氧基树脂溶液、尼龙分散体，或其任何组合。在其某些实施方案中，至少一种其他成膜剂在施胶剂中以施胶剂总重量的至多50重量％的量存在。在某些实施方案中，施胶的补强填料还包含至少一种偶联剂和/或至少一种加工助剂。在其一些实施方案中，至少一种偶联剂选自甲基丙烯酸铬(III)(可用ZaclonLLC的)、硅烷、钛酸酯，或其任何组合；且至少一种加工助剂选自润滑剂、润湿剂、中和剂、抗静电剂、抗氧化剂、成核剂、交联剂，或其任何组合。在一个实施方案中，至少一种偶联剂选自酸、醛、酸接枝的聚烯烃和酸酐接枝的聚烯烃。在某些实施方案中，施胶的补强填料还包含阳离子润滑剂和抗静电剂。在施胶的补强填料的某些实施方案中，施胶剂包含与至少一种偶联剂交联的至少一种聚乙烯醇、乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种施胶的补强填料，其包括填料和设置在至少一部分所述填料上的施胶剂，其中所述施胶剂包括聚乙烯醇、乙烯/乙烯醇共聚物、硅烷接枝的聚乙烯醇和硅烷接枝的乙烯/乙烯醇共聚物中的至少一种。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170807 US 62/541,8341.一种施胶的补强填料，其包括填料和设置在至少一部分所述填料上的施胶剂，其中所述施胶剂包括聚乙烯醇、乙烯/乙烯醇共聚物、硅烷接枝的聚乙烯醇和硅烷接枝的乙烯/乙烯醇共聚物中的至少一种。


2.根据权利要求1所述的施胶的补强填料，其中所述填料的形式为纤维、颗粒或其任何组合，所述纤维包括连续纤维、磨碎纤维或短切纤维。


3.根据权利要求2所述的施胶的补强填料，其中所述纤维选自无机纤维、有机纤维、天然纤维或其任何组合。


4.根据权利要求1所述的施胶的补强填料，其中所述填料选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、氧化硅纤维、石英纤维、氧化铝纤维、钢纤维、碳化硅纤维、尼龙纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、丙烯酸纤维、聚苯硫醚纤维、大麻纤维、黄麻纤维、洋麻纤维或其任何组合。


5.根据权利要求2所述的施胶的补强填料，其中所述纤维是玻璃纤维。


6.根据权利要求5所述的施胶的补强填料，其中所述玻璃纤维由具有选自C、D、E、改性的E、R和S的等级的玻璃制成。


7.根据权利要求2所述的施胶的补强填料，其中所述纤维是碳纤维。


8.根据权利要求7所述的施胶的补强填料，其中所述碳纤维选自低模量碳纤维、标准模量碳纤维、中模量碳纤维、高模量碳纤维和超高模量碳纤维。


9.根据权利要求2所述的施胶的补强填料，其中所述填料是选自颜料和固体添加剂的颗粒。


10.根据权利要求2所述的施胶的补强填料，其中所述颗粒选自滑石、云母、粘土、纳米粘土、碳酸钙、氢氧化铝、氧化钛和二氧化硅。


11.根据权利要求1所述的施胶的补强填料，其中所述施胶剂包括聚乙烯醇。


12.根据权利要求11所述的施胶的补强填料，其中所述聚乙烯醇是部分水解的聚乙烯醇、中度水解的聚乙烯醇、完全水解的聚乙烯醇或超完全水解的聚乙烯醇。


13.根据权利要求11所述的施胶的补强填料，其中所述施胶剂还包含至少一种其他成膜剂。


14.根据权利要求13所述的施胶的补强填料，其中所述至少一种其他成膜剂选自聚丙烯分散体、聚氨酯分散体、环氧树脂分散体、聚酯分散体、聚乙酸乙烯酯分散体、苯氧基树脂溶液、尼龙分散体，或其任何组合。


15.根据权利要求14所述的施胶的补强填料，其中基于施胶剂的总重量，所述至少一种其他成膜剂以至多50重量％的量存在于施胶剂中。


16.根据权利要求11所述的施胶的补强填料，其中所述填料是玻璃纤维。


17.根据权利要求11所述的施胶的补强填料，其中所述填料是碳纤维。


18.根据权利要求1所述的施胶的补强填料，其还包含至少一种偶联剂和/或至少一种加工助剂。


19.根据权利要求18所述的施胶的补强填料，其中所述至少一种偶联剂选自甲基丙烯酸铬(III)、硅烷、钛酸酯、或其任何组合；且所述至少一种加工助剂选自润滑剂、润湿剂、中和剂、抗静电剂、抗氧化剂、成核剂、交联剂，或其任何组合。


20.根据权利要求18所述的施胶的补强填料，其中所述至少一种偶联剂选自酸、醛、酸接枝的聚烯烃和酸酐接枝的聚烯烃。


21.根据权利要求18所述的施胶的补强填料，其中所述施胶剂包括与至少一种偶联剂交联的至少一种聚乙烯醇、乙烯/乙烯醇共聚物、硅烷接枝的聚乙烯醇和硅烷接枝的乙烯/乙烯醇共聚物施胶剂，以形成交联的施胶剂。


22.根据权利要求21所述的施胶的补强填料，其中所述至少一种偶联剂是酸酐接枝的聚烯烃，且其中所述交联的施胶剂包括与所述酸酐接枝的聚烯烃交联的至少一种聚乙烯醇、乙烯/乙烯醇共聚物、硅烷接枝的聚乙烯醇和硅烷接枝的乙烯/乙烯醇共聚物施胶剂。


23.根据权利要求19所述的施胶的补强填料，其还包含阳离子润滑剂和抗静电剂。


24.根据权利要求1所述的施胶的补强填料，其中所述施胶的补强填料是呈线轴、丝束、粗纱、织物或垫的形式的短切、磨碎或连续纤维。


25.根据权利要求1所述的施胶的补强填料，其中所述施胶的补强填料是短切纤维。


26.根据权利要求25所述的施胶的补强填料，其中所述短切纤维是湿的，聚乙烯醇以0.1-20重量％的量存在，且短切纤维的长度为0.1-6.0英寸。


27.根据权利要求26所述的施胶的补强填料，其中所述短切纤维是干的，聚乙烯醇以0.1-20重量％的量存在，且短切纤维的长度为0.1-6.0英寸。


28.一种聚合物复合材料，其包括：
(a)热固性(共)聚合物和/或热塑性(共)聚合物，以及它们的合金和共混物；和
(b)至少一种施胶的补强填料，其中所述至少一种施胶的补强填料包含填料和位于至少一部分填料上的施胶剂，其中所述施胶剂包含聚乙烯醇、乙烯/乙烯醇共聚物、硅烷接枝的聚乙烯醇和硅烷接枝的乙烯/乙烯醇共聚物中的至少一种。


29.根据权利要求28所述的聚合物复合材料，其中所述填料为纤维、颗粒或其任何组合的形式，所述纤维包括连续纤维、磨碎纤维或短切纤维。


30.根据权利要求28所述的聚合物复合材料，其中所述热固性(共)聚合物选自不饱和聚酯、环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、热固性聚氨酯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂、有机硅树脂、和它们的任何组合、共聚物和/或衍生物。


31.根据权利要求28所述的聚合物复合材料，其中所述热塑性(共)聚合物选自聚烯烃、环状聚烯烃、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、热塑性聚酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯马来酸酐、聚甲醛(乙缩醛)、热塑性聚氨酯、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚三亚甲基对苯二甲酸酯、聚丁烯对苯二甲酸酯、聚环己基二亚甲基对苯二甲酸酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚醚醚酮、聚芳醚酮、液晶聚合物、和它们的任何组合、合金、共混物、共聚物和/或衍生物。


32.根据权利要求31所述的聚合物复合材料，其中所述热塑性聚合物是聚烯烃，所述聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯、和它们的任何衍生物、共聚物和/或组合。


33.根据权利要求31所述的聚合物复合材料，其中所述热塑性聚合物是至少一种聚烯烃和至少一种聚酰胺的混合物。


34.根据权利要求33所述的聚合物复合材料，其中基于所述混合物的总重量，所述混合物的聚烯烃含量为大于50重量％。


35.根据权利要求34所述的聚合物复合材料，其中所述至少一种聚烯烃是聚丙烯。


36.根据权利要求27所述的聚合物复合材料，其中所述聚合物复合材料还包含至少一种偶联剂。


37.根据权利要求36所述的聚合物复合材料，其中所述至少一种偶联剂选自酸、醛、酸接枝的聚烯烃和酸酐接枝的聚烯烃。
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【专利技术属性】
技术研发人员：P·F·楚，P·L·舍尔，D·M·科尔宾，岩泽木尾，
申请(专利权)人：卓尔泰克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US