含二氧化鈦的復合材料制造技術

本發(fā)明專利技術涉及一種含二氧化鈦的復合材料、其制備方法以及該復合材料的用途。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】專利說明含二氧化鈦的復合材料 本專利技術涉及一種含二氧化鈦的復合材料、其制備方法以及該復合材料的用途。 從在聚合物體系中應用的也被稱為添加劑的常規(guī)填料和顏料已知，在填料或顏料顆粒和聚合物基體(polymer Matrix)間的相互作用的方式和強度會影響復合材料的性能。通過有針對性的表面改性可改進該顆粒和聚合物基體之間的相互作用，并由此可改變由聚合物基體中的填料和顏料組成的體系(即下面稱為復合材料)的性能。通常的表面改性方式是使用烷氧基烷基硅烷使顆粒表面官能化。該表面改性可用于提高顆粒和基體的相容性。此外，通過合適選用官能團也可實現(xiàn)顆粒在基體中的結合。 改進聚合物材料機械性能的第二種可能性是使用超細顆粒。US-B-6667360公開了一種含1-50重量％的粒度為1-100nm的納米顆粒的聚合物復合材料。建議用其顆粒表面未經(jīng)改性的金屬氧化物、金屬硫化物、金屬氮化物、金屬碳化物、金屬氟化物和金屬氯化物作為納米顆粒。作為聚合物基體可提及環(huán)氧化物、聚碳酸酯、硅酮、聚酯、聚醚、聚烯烴、合成橡膠、聚氨酯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚苯醚、聚酮和它們的共聚物以及混合物。在US-B-6667360中公開的復合材料據(jù)信與未經(jīng)充填的聚合物相比具有改進的機械性能，特別是拉伸性能和耐刮擦性能。 現(xiàn)有技術中所描述的用填料改性的復合材料的另一缺點是其在許多應用中的不足的機械性能。 本專利技術的目的是克服現(xiàn)有技術的缺點。 本專利技術的特別目的在于提供一種復合材料，其與現(xiàn)有技術的復合材料相比有明顯改進的彎曲模量、彎曲強度、拉伸模量、拉伸強度、裂紋韌性 斷裂韌性、沖擊韌性和磨耗速率。 這對于復合材料的特定應用(例如在汽車領域、飛機領域或宇航領域中)具有重要意義。例如，在滑動軸承、齒輪或輥涂層和活塞涂層情況下，降低的磨耗速率(Verschleiβrate)是合意的。這些構件特別應具有長的使用壽命和由此延長的機器服務期限(Standzeit)。在例如由PA6、PA66或PET制成的合成纖維情況下可以改善抗斷強度(Reiβfestigkeit)。 令人意外的是，本專利技術的目的可通過具有獨立權利要求的特征的本專利技術的復合材料實現(xiàn)。優(yōu)選的實施方案表征于從屬權利要求中。 令人意外的是，在使用微晶大小 d50小于350nm(按Debye-Scherrer法測定)的沉淀的表面改性的二氧化鈦時也可大大改進聚合物復合材料的機械和摩擦性能。意外的是，在顆粒和基體之間的物理結合對改進該復合材料的機械和摩擦性能很有利。 本專利技術的復合材料含聚合物基體和0.1-60重量％的中值微晶大小d50小于350nm(Debye-Scherrer法測定)的沉淀二氧化鈦顆粒。該微晶大小d50優(yōu)選小于200nm，特別優(yōu)選3-50nm。該二氧化鈦顆粒可呈球狀或桿狀形態(tài)。 此外，本專利技術的復合材料可含專業(yè)人員本身已知的組分，例如礦物填料、玻璃纖維、穩(wěn)定劑、工藝添加劑((也稱為保護體系)例如分散助劑、脫模劑、抗氧化劑、抗臭氧劑等)、顏料、阻燃劑(例如氫氧化鋁、三氧化銻、氫氧化鎂等)、硫化加速劑、硫化延遲劑、氧化鋅、硬脂酸、硫、過氧化物和/或增塑劑。 本專利技術的復合材料可還含有例如至多80重量％，優(yōu)選10-80重量％的礦物填料和/或玻璃纖維、至多10重量％，優(yōu)選0.05-10重量％的穩(wěn)定劑和工藝添加劑(例如分散助劑、脫模劑、抗氧化劑等)、至多10重量％的顏料和至多40重量％的阻燃劑(例如氫氧化鋁、三氧化銻、氫氧化鎂等)。 本專利技術的復合材料可含有例如0.1-60重量的二氧化鈦、0-80重量％的礦物填料和/或玻璃纖維、0.05-10重量％的穩(wěn)定劑和工藝添加劑(例如分散助劑、脫模劑、抗氧化劑等)、0-10重量％的顏料、0-40重量％的阻燃劑(例如氫氧化鋁、三氧化銻、氫氧化鎂等)。 該聚合物基體可由熱塑性塑料、高性能塑料或環(huán)氧樹脂制成。作為熱塑性塑料材料合適的是例如聚酯、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。作為高性能塑料合適的是PTFE、含氟熱塑性塑料(例如FEP、PFA等)、PVDF、聚砜(例如PES、PSU、PPSU等)、聚醚酰亞胺、液晶聚合物和聚醚酮。此外，環(huán)氧樹脂適合作為聚合物基體。 本專利技術的復合材料可含有0.1-60重量％的沉淀的表面改性的二氧化鈦、0-80重量％的礦物填料和/或玻璃纖維、0.05-10重量％的穩(wěn)定劑和工藝添加劑(例如分散助劑、脫模劑、抗氧化劑等)、0-10重量％的顏料、0-40重量％的阻燃劑(例如氫氧化鋁、三氧化銻、氫氧化鎂等)。 根據(jù)本專利技術，可使用具有無機和/或有機的表面改性的超細二氧化鈦顆粒。 超細的二氧化鈦的無機表面改性通常由含至少兩種下列元素的化合物組成鋁、銻、鋇、鈣、鈰、氯、鈷、鐵、磷、碳、錳、氧、硫、硅、氮、鍶、釩、鋅、錫和/或鋯的化合物或鹽。例如可提及硅酸鈉、鋁酸鈉和硫酸鋁。 該超細的二氧化鈦的無機表面改性在水性懸浮體進行。反應溫度應當優(yōu)選不超過50℃。該懸浮液的pH-值例如用NaOH調至大于9的pH值。在強烈攪拌下加入后處理化學試劑(無機化合物)，優(yōu)選為水溶性無機化合物例如鋁、銻、鋇、鈣、鈰、氯、鈷、鐵、磷、碳、錳、氧、硫、硅、氮、鍶、釩、鋅、錫和/或鋯的化合物或鹽。根據(jù)本專利技術，后處理化學試劑的pH-值和用量選擇要使該后處理化學試劑完全溶于水。該懸浮液經(jīng)強烈攪拌優(yōu)選達至少5分鐘，以使該后處理化學試劑均勻分布在懸浮液中。在下一步中降低懸浮液的pH-值。經(jīng)證實有利的是該pH-值在強烈攪拌下慢慢降低。特別有利的是該pH-值在10-90分鐘內(nèi)降到5-8的值。根據(jù)本專利技術，接著是成熟時間(Reifezeit)，優(yōu)選約1小時的成熟時間。溫度應當優(yōu)選不超過50℃。然后洗滌水性懸浮液并干燥。為干燥該超細的表面改性的二氧化鈦，例如可使用噴霧干燥、冷凍干燥和/或研磨干燥。依干燥方法不同，可能需要接著研磨經(jīng)干燥的粉末。研磨可按本身已知的方法進行。 根據(jù)本專利技術，下面的化合物特別適合用作有機表面改性劑聚醚、硅烷、聚硅氧烷、聚羧酸、脂肪酸、聚乙二醇、聚酯、聚酰胺、聚醇、有機膦酸、鈦酸酯、鋯酸酯、烷基磺酸酯/鹽和/或芳基磺酸酯/鹽、烷基硫酸酯/鹽和/或芳基硫酸酯/鹽，烷基磷酸酯和/或芳基磷酸酯。 有機表面改性的二氧化鈦的制備可按已知方法進行。 其一方面包括在水相中或含溶劑相中的表面改性。另一方面可通過直接噴霧和接著的混合/研磨將有機組分施加于顆粒表面上。 按本專利技術可將合適的有機化合物在強烈攪拌和/或在分散時加到二氧化鈦懸浮液中。該有機改性劑經(jīng)化學吸附/物理吸附結合在顆粒表面上。 特別是選自烷基磺酸酯/鹽和/或芳基磺酸酯/鹽、烷基硫酸酯/鹽和/或芳基硫酸酯/鹽、烷基磷酸酯和/或芳基磷酸酯或至少兩種這些化合物的混合物適合作為有機化合物，其中該烷基殘基或芳基殘基可通過官能團取代。該有機化合物也可是脂肪酸，視需要可含官能團。也可使用至少兩種這類化合物的混合物。 例如使用烷基磺酸鹽、聚乙烯基磺酸鈉、N-烷基-苯磺酸鈉、聚苯乙烯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、月桂基硫酸鈉、十六烷基硫酸鈉、硫酸羥胺、月桂基硫酸三乙醇銨、磷酸單乙基單芐基酯、全氟辛烷磺酸鋰、12-溴-1-十二烷磺酸、10-羥基-1-癸烷磺酸鈉、角叉菜膠鈉、10-巰基-1本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種由在聚合物基體中的填料和顏料組成的復合材料，其特征在于，其含二氧化鈦、至少一種熱塑性塑料、高性能塑料和／或環(huán)氧樹脂，其中該二氧化鈦的微晶大小ｄ↓［５０］小于３５０ｎｍ，優(yōu)選小于２００ｎｍ和特別優(yōu)選為３－５０ｎｍ，和該二氧化鈦可經(jīng)無機和／或有機表面改性。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：S格羅塞，P弗里特詹，J溫克勒，B羅赫，B比特曼，F豪珀特，N諾爾，
申請(專利權)人：薩克特本化學有限責任公司，復合材料研究所有限責任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：DE[德國]