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】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特性。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，并由此改进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)的特性。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1-100 nm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特性，特别是拉伸特性和耐刮擦特 性。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特性。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、裂紋 韧性、断裂韧性、冲击韧性和磨耗速率。通过改进机械特性可实现较薄的构件。这可决定性地有利于在汽车 领域以及飞机领域和宇航领域中节约重量。例如在火车和飞机中由热固 性塑料成型物料(Formmasse)制成的保险杠或内衬件均属此应用。特 别在粘合剂中需达高的拉伸强度。例如基于聚合物如苯乙烯-丁 二烯橡胶(SBR)的弹性体合成材料(elastomere Kunststoffe )的应用特别是密封件 和减震器。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d5Q小于350 nm (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 的机械和摩擦特性。意外的是，在颗粒和基体之间的物理结合(Bindung) 对改进该复合材料的机械和摩擦特性很有利。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 (mittler KristallitgrO卩)d50小于350 nm (Debye-Scherrer法测定)的沉淀 二氧化钛颗粒。该微晶大小ds。优选小于200 nm,特别优选3-50 nm。 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)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、石危化延迟剂、氧化锌、硬脂酸、石危、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°/0 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(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(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)。该聚合物基体可由弹性体或热固体制成。弹性体例如可包括天然橡 胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、 丁基橡胶(CIIR, BIIR)、 丁二烯橡胶(BR)、 苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、溴丁基橡胶 (BIIR)、苯乙烯-丁二烯-异戊二烯橡胶(SBIR)、氯丁二烯橡胶(CR)、氯磺 化聚乙烯橡胶(CSM)、氢化NBR橡胶(HNBR)、聚甲基硅氧烷-乙烯基橡 胶(VMQ)、丙烯酸酯-乙烯橡胶(AEM)、丙烯酸酯橡胶(ACM)、氟橡胶 (FKM)、氟硅橡胶(FVMQ)、热塑性弹性体(TPE)、基于聚酰胺的热塑性弹性体(TPE)(TPA)、基于共聚酯的热塑性弹性体(TPC)、基于烯烃的热 塑性弹性体(TPO)、基于苯乙烯的热塑性弹性体(TPS)、基于聚氨酯的热 塑性弹性体(TPU)、基于交联的橡胶的热塑性弹性体(TPV)或至少两种这 类塑料的混合物。适合作为热固体的例如是不饱和聚酯树脂(UP)、酚树 脂、蜜胺树脂、甲醛-成型物料、乙烯基酯树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树 脂、硅树脂或脲树脂。热固体中特别适用的是UP-树脂。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-危酸铝。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°C。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 机化合物如铝、锑、钡、钩、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，优选约l小时的成熟时间。温度 应当优选不超过5(TC。然后洗涤水性悬浮液并千燥。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、多元醇、有机膦酸、钛酸酯、锆酸酯、烷基磺酸酯/盐和/或芳基磺酸S旨/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、至少一种弹性体和／或至少一种热固体，该二氧化钛的微晶大小ｄ５０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，
申请(专利权)人：萨克特本化学有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]