含二氧化钛的复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种含二氧化钛的复合材料、其制备方法以及该复合材料的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利说明含二氧化钛的复合材料 本专利技术涉及一种含二氧化钛的复合材料、其制备方法以及该复合材料的用途。 从在聚合物体系中应用的也被称为添加剂的常规填料和颜料已知，在填料或颜料颗粒和聚合物基体(polymer Matrix)间的相互作用的方式和强度会影响复合材料的性能。通过有针对性的表面改性可改进该颗粒和聚合物基体之间的相互作用，并由此可改变由聚合物基体中的填料和颜料组成的体系(即下面称为复合材料)的性能。通常的表面改性方式是使用烷氧基烷基硅烷使颗粒表面官能化。该表面改性可用于提高颗粒和基体的相容性。此外，通过合适选用官能团也可实现颗粒在基体中的结合。 改进聚合物材料机械性能的第二种可能性是使用超细颗粒。US-B-6667360公开了一种含1-50重量％的粒度为1-100nm的纳米颗粒的聚合物复合材料。建议用其颗粒表面未经改性的金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、金属碳化物、金属氟化物和金属氯化物作为纳米颗粒。作为聚合物基体可提及环氧化物、聚碳酸酯、硅酮、聚酯、聚醚、聚烯烃、合成橡胶、聚氨酯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚苯醚、聚酮和它们的共聚物以及混合物。在US-B-6667360中公开的复合材料据信与未经充填的聚合物相比具有改进的机械性能，特别是拉伸性能和耐刮擦性能。 现有技术中所描述的用填料改性的复合材料的另一缺点是其在许多应用中的不足的机械性能。 本专利技术的目的是克服现有技术的缺点。 本专利技术的特别目的在于提供一种复合材料，其与现有技术的复合材料相比有明显改进的弯曲模量、弯曲强度、拉伸模量、拉伸强度、裂纹韧性 断裂韧性、冲击韧性和磨耗速率。 这对于复合材料的特定应用(例如在汽车领域、飞机领域或宇航领域中)具有重要意义。例如，在滑动轴承、齿轮或辊涂层和活塞涂层情况下，降低的磨耗速率(Verschleiβrate)是合意的。这些构件特别应具有长的使用寿命和由此延长的机器服务期限(Standzeit)。在例如由PA6、PA66或PET制成的合成纤维情况下可以改善抗断强度(Reiβfestigkeit)。 令人意外的是，本专利技术的目的可通过具有独立权利要求的特征的本专利技术的复合材料实现。优选的实施方案表征于从属权利要求中。 令人意外的是，在使用微晶大小 d50小于350nm(按Debye-Scherrer法测定)的沉淀的表面改性的二氧化钛时也可大大改进聚合物复合材料的机械和摩擦性能。意外的是，在颗粒和基体之间的物理结合对改进该复合材料的机械和摩擦性能很有利。 本专利技术的复合材料含聚合物基体和0.1-60重量％的中值微晶大小d50小于350nm(Debye-Scherrer法测定)的沉淀二氧化钛颗粒。该微晶大小d50优选小于200nm，特别优选3-50nm。该二氧化钛颗粒可呈球状或杆状形态。 此外，本专利技术的复合材料可含专业人员本身已知的组分，例如矿物填料、玻璃纤维、稳定剂、工艺添加剂((也称为保护体系)例如分散助剂、脱模剂、抗氧化剂、抗臭氧剂等)、颜料、阻燃剂(例如氢氧化铝、三氧化锑、氢氧化镁等)、硫化加速剂、硫化延迟剂、氧化锌、硬脂酸、硫、过氧化物和/或增塑剂。 本专利技术的复合材料可还含有例如至多80重量％，优选10-80重量％的矿物填料和/或玻璃纤维、至多10重量％，优选0.05-10重量％的稳定剂和工艺添加剂(例如分散助剂、脱模剂、抗氧化剂等)、至多10重量％的颜料和至多40重量％的阻燃剂(例如氢氧化铝、三氧化锑、氢氧化镁等)。 本专利技术的复合材料可含有例如0.1-60重量的二氧化钛、0-80重量％的矿物填料和/或玻璃纤维、0.05-10重量％的稳定剂和工艺添加剂(例如分散助剂、脱模剂、抗氧化剂等)、0-10重量％的颜料、0-40重量％的阻燃剂(例如氢氧化铝、三氧化锑、氢氧化镁等)。 该聚合物基体可由热塑性塑料、高性能塑料或环氧树脂制成。作为热塑性塑料材料合适的是例如聚酯、聚酰胺、PET、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、其共聚物和共混物、聚碳酸酯、PMMA或者聚氯乙烯。作为高性能塑料合适的是PTFE、含氟热塑性塑料(例如FEP、PFA等)、PVDF、聚砜(例如PES、PSU、PPSU等)、聚醚酰亚胺、液晶聚合物和聚醚酮。此外，环氧树脂适合作为聚合物基体。 本专利技术的复合材料可含有0.1-60重量％的沉淀的表面改性的二氧化钛、0-80重量％的矿物填料和/或玻璃纤维、0.05-10重量％的稳定剂和工艺添加剂(例如分散助剂、脱模剂、抗氧化剂等)、0-10重量％的颜料、0-40重量％的阻燃剂(例如氢氧化铝、三氧化锑、氢氧化镁等)。 根据本专利技术，可使用具有无机和/或有机的表面改性的超细二氧化钛颗粒。 超细的二氧化钛的无机表面改性通常由含至少两种下列元素的化合物组成铝、锑、钡、钙、铈、氯、钴、铁、磷、碳、锰、氧、硫、硅、氮、锶、钒、锌、锡和/或锆的化合物或盐。例如可提及硅酸钠、铝酸钠和硫酸铝。 该超细的二氧化钛的无机表面改性在水性悬浮体进行。反应温度应当优选不超过50℃。该悬浮液的pH-值例如用NaOH调至大于9的pH值。在强烈搅拌下加入后处理化学试剂(无机化合物)，优选为水溶性无机化合物例如铝、锑、钡、钙、铈、氯、钴、铁、磷、碳、锰、氧、硫、硅、氮、锶、钒、锌、锡和/或锆的化合物或盐。根据本专利技术，后处理化学试剂的pH-值和用量选择要使该后处理化学试剂完全溶于水。该悬浮液经强烈搅拌优选达至少5分钟，以使该后处理化学试剂均匀分布在悬浮液中。在下一步中降低悬浮液的pH-值。经证实有利的是该pH-值在强烈搅拌下慢慢降低。特别有利的是该pH-值在10-90分钟内降到5-8的值。根据本专利技术，接着是成熟时间(Reifezeit)，优选约1小时的成熟时间。温度应当优选不超过50℃。然后洗涤水性悬浮液并干燥。为干燥该超细的表面改性的二氧化钛，例如可使用喷雾干燥、冷冻干燥和/或研磨干燥。依干燥方法不同，可能需要接着研磨经干燥的粉末。研磨可按本身已知的方法进行。 根据本专利技术，下面的化合物特别适合用作有机表面改性剂聚醚、硅烷、聚硅氧烷、聚羧酸、脂肪酸、聚乙二醇、聚酯、聚酰胺、聚醇、有机膦酸、钛酸酯、锆酸酯、烷基磺酸酯/盐和/或芳基磺酸酯/盐、烷基硫酸酯/盐和/或芳基硫酸酯/盐，烷基磷酸酯和/或芳基磷酸酯。 有机表面改性的二氧化钛的制备可按已知方法进行。 其一方面包括在水相中或含溶剂相中的表面改性。另一方面可通过直接喷雾和接着的混合/研磨将有机组分施加于颗粒表面上。 按本专利技术可将合适的有机化合物在强烈搅拌和/或在分散时加到二氧化钛悬浮液中。该有机改性剂经化学吸附/物理吸附结合在颗粒表面上。 特别是选自烷基磺酸酯/盐和/或芳基磺酸酯/盐、烷基硫酸酯/盐和/或芳基硫酸酯/盐、烷基磷酸酯和/或芳基磷酸酯或至少两种这些化合物的混合物适合作为有机化合物，其中该烷基残基或芳基残基可通过官能团取代。该有机化合物也可是脂肪酸，视需要可含官能团。也可使用至少两种这类化合物的混合物。 例如使用烷基磺酸盐、聚乙烯基磺酸钠、N-烷基-苯磺酸钠、聚苯乙烯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、月桂基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、硫酸羟胺、月桂基硫酸三乙醇铵、磷酸单乙基单苄基酯、全氟辛烷磺酸锂、12-溴-1-十二烷磺酸、10-羟基-1-癸烷磺酸钠、角叉菜胶钠、10-巯基-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由在聚合物基体中的填料和颜料组成的复合材料，其特征在于，其含二氧化钛、至少一种热塑性塑料、高性能塑料和／或环氧树脂，其中该二氧化钛的微晶大小ｄ↓［５０］小于３５０ｎｍ，优选小于２００ｎｍ和特别优选为３－５０ｎｍ，和该二氧化钛可经无机和／或有机表面改性。

【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：S格罗塞，P弗里特詹，J温克勒，B罗赫，B比特曼，F豪珀特，N诺尔，
申请(专利权)人：萨克特本化学有限责任公司，复合材料研究所有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]