用来制备在聚合物中具有改善了的层离性的纳米复合材料添加剂的方法技术

本发明专利技术涉及一种用来改性，特别是用来表面改性亲有机物质的粘土材料的方法，其包括下列步骤：ａ．制备干燥的、粉末状的、亲有机物质的粘土材料（组分ａ）；ｂ．制备至少一种用来改性组分ａ）的添加剂（组分ｂ）；ｃ．在一个高剪切的混合装置中强烈混合组分ａ）和组分ｂ）。在此没有水或溶剂被加入或应用于组分ｂ）的加入。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用来改性，特别是用来表面改性亲有机物质的粘土材料的方法、一种经改性了的亲有机物质的粘土材料，如其采用根据本专利技术的方法可得到的那种粘土材料、一种含有经改性了的亲有机物质的粘土材料的聚合物组合物、经改性了的亲有机物质的粘土材料的应用、预剥离的纳米复合材料添加剂以及纳米复合材料组合物。塑料或通常的聚合物材料的性能可通过添加纳米复合材料添加剂而改善。这使得机械性能或透气性的改善成为可能。此外通过添加纳米复合材料添加剂例如可改善防火性能。在聚合物燃烧过程中构成稳定的痂层，其抑制聚合物的进一步燃烧。纳米复合材料添加剂由天然的或合成的层状硅酸盐构成，其表面通过有机分子改性。通过有机改性而达到纳米复合材料添加剂的表面极性与其中添加有纳米复合材料添加剂的聚合物的极性相匹配。纳米复合材料添加剂例如这样制备，即通过能膨胀的层状硅酸盐，如蒙脱石或锂蒙脱石在水中分散和层离而制备。有机改性例如通过添加季铵化合物而进行，季铵化合物通过阳离子交换而结合在硅酸盐薄层的负电荷的表面层上。通过有机组分的极性可以对经有机改性了的层状硅酸盐的极性产生影响和从而与所应用的塑料的极性相匹配。为了将纳米复合材料添加剂添加入聚合物中可以采用两种方式a)现场聚合在现场聚合时纳米复合材料添加剂在单体中分散，在此产生层状硅酸盐的层的层离。单体也可进入到相邻的硅酸盐层之间的中间空间中和在此起层扩张的作用。在随后的聚合过程中进入到中间空间的单体也进行聚合，这样就相互分开了硅酸盐层。在随后的分散步骤中进行层的更大程度的层离。为了达到尽可能完全的层离，纳米复合材料添加剂在其表面性能上不仅必须与单体是相容的，而且必须与生成的聚合物是相容的。b)熔融混配在熔融混配时粉末状的纳米复合材料添加剂在一个挤压机中分散在聚合物熔体中。在纳米复合材料添加剂的表面性能与聚合物有足够的相容性时在挤压过程中就已经产生有机改性了的层状硅酸盐薄层的层离。纳米复合材料添加剂的尽可能完全的层离是在塑料中达到机械性能、透气性和防火性能的所期望的改善的前提条件。迄今为止作为用于塑料的添加剂的纳米复合材料添加剂由层状硅酸盐构成，其用阳离子的有机组分和可能的话还用其他的影响层状硅酸盐的极性的组分改性。在制备纳米复合材料添加剂时首先将层状硅酸盐分散在水中和随后在约80℃的温度下加入阳离子的有机组分。在加入阳离子的有机组分后改性了的层状硅酸盐沉淀，随后将其过滤分离、干燥和研磨。所以在US 4,695,402中描述了一种用来制备有机改性了的澎润土的方法。在此首先在高剪切的条件下搅拌层状硅酸盐的悬浮液和随后加入一定量的有机阳离子，该量相当于约90-150％的层状硅酸盐的阳离子交换容量。有机改性了的层状硅酸盐从悬浮液中分离出来和随后在温和的条件下在约50℃以下的温度下干燥。作为有机阳离子，可以使用例如带有长链的线性的或分枝的烷基链的铵-、鏻-或锍化合物。在US 4,429,999中制备了一种有机改性了的层状硅酸盐，首先将层状硅酸盐，如蒙脱石、澎润土或锂蒙脱石悬浮在水中。将悬浮液加热到约70℃的温度和然后依次加入两种不同的有机阳离子。例如季铵盐、鏻盐、锍盐以及它们的混合物可用作为有机阳离子。在此用来悬浮而加入的第一有机阳离子的量相当于约75-150％的层状硅酸盐的阳离子交换容量。第二有机阳离子的量相当于约0.01-20重量％，以有机阳离子的总量计。随后加入一种或多种有机阴离子，其可与第一和/或第二有机阳离子反应，以与层状硅酸盐形成络合物。第一有机阳离子含有疏水基团，而第二有机阳离子含有亲水基团。随后通过过滤而分离反应产物和在温和的条件下将其干燥。在EP 0 627 480 A1中描述了一种经有机改性了的层状硅酸盐，其这样获得，即首先制备层状硅酸盐的水性悬浮液。悬浮液被加热到约70℃的温度和随后加入有机阳离子。此外该亲有机物质的层状硅酸盐还可含有有机阴离子，如硬脂酸钠。向层状硅酸盐的水性悬浮液中既加入有机阳离子又加入有机阴离子。通过过滤而分离反应产物和随后在温和的条件下将其干燥。在US 4,874,728中描述了一种亲有机物质的层状硅酸盐，其这样获得，即首先向层状硅酸盐的水性悬浮液中加入一种带有长链的烷基的季铵盐。随后反应产物通过过滤而分离和干燥。在US 4,866,018中描述了一种亲有机物质的层状硅酸盐，其这样获得，即将季铵化合物加入到层状硅酸盐的水性悬浮液中，随后加入有机锆-铝-络合物。随后反应产物通过过滤而分离和干燥。例如在US 4,474,706中描述了在不进行钠膨润土在水中预分散的情况下以干燥混合过程的形式制备亲有机物质的膨润土。在此基本上干燥的、可膨胀的粘土在不加入水的情况下与有机铵化合物反应。在此粘土和铵化合物在铵化合物的熔点以上的温度下混合。这些组分这样长时间的互相混合，直至去除反应混合物中的所有液体和得到有机改性了的粘土。铵化合物与粘土的反应可通过在相邻的粘土层之间的距离的增加而确定。优选应用不同的铵化合物的混合物用于改性。铵盐可以单独地或作为混合物以任意的顺序加入到干燥的粘土中。在进行组分混合时的温度必须选择高于最高熔融的季铵化合物的熔点温度。经改性了的粘土随后可用水洗涤和重新干燥和可能的话进行研磨。为了达到粘土和铵盐之间的反应，组分之间的强烈的混合是必需的。这在实验室规模上的反应中例如可通过应用研钵和杵而达到。在工业规模的反应中例如可应用螺条混合机(带式混合机)或挤压机。在混合过程中观察到反应混合物的易加热性，该热量是通过压缩和摩擦产生的。在DE 31 45 043 A1中描述了一种用来制备亲有机物质的粘土的方法。精细研磨了的、干燥的原料粘土被用有机化合物的溶液喷洒。有机化合物例如是被长链的有机基团改性了的季铵盐。然后经喷洒了的粘土多次干燥压实和然后重新研磨，以制备亲有机物质的粘土。为了制备经有机改性了的粘土，在实施例中首先将粘土试样加入到混合机中和加入足够的水，以调节粘土到12重量％的水分份额。然后加入必需量的已在水中溶解了的季铵盐和基本混合内容物。在混合后试样通过双辊机器输送，在其中反应产物在高压力下压实。所得到的经压实了的亲有机物质的粘土不需要进一步干燥，而只要粉碎和筛分到所期望的颗粒粒度。在WO 97/31873中描述了一种用来制备经有机改性了的粘土，其根据干法制备，和可直接作为添加剂加入到溶剂中。为此粘土用季铵盐和非酸碱(非质子)极性溶剂的混合物处理，该溶剂是选自碳酸亚丙酯、碳酯亚乙酯、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺和二甲亚砜。反应通常在室温下或更高的温度下进行，在此反应混合物这样长时间地混合，直至该非酸碱极性溶剂可与粘土颗粒反应。可见应用常见的混合机或挤压机用于混合，其形成足够的剪切作用，以对粘土与有机材料的反应起作用。在反应后可能的话还要干燥和研磨得到的产物。为了可技术上使用纳米复合材料添加剂，必须将其剥离在聚合物中。在这种剥离过程中在层状硅酸盐中失去原有的短程顺序(Nahordnung)。层状硅酸盐分裂成单片，其只含有单片的硅酸盐层。完全剥离了的蒙脱石可以构成片状的颗粒，其具有直至1000的非常高的长宽比。这种颗粒相当于具有约1nm厚度、约100nm宽度和约500-1000nm长度的小片。在将纳米复合材料添加剂加入到塑料基体中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来改性，特别是用来表面改性亲有机物质的粘土材料的方法，其包括下列步骤：ａ）制备干燥的、粉末状的、亲有机物质的粘土材料（组分ａ）；ｂ）制备至少一种用来改性组分ａ）的添加剂（组分ｂ）；ｃ）在一个高剪切的混合装置中强 烈混合组分ａ）和组分ｂ），在此没有水或溶剂被加入或应用于组分ｂ）的加入。

【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：R斯灵，HD麦特泽玛驰尔，N沙尔，G鲁比，
申请(专利权)人：苏德化学股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]