含硫酸钡的复合材料制造技术

本发明专利技术涉及含硫酸钡的复合材料、它们的制造方法和这些复合材料的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含硫酸钡的复合材料本专利技术涉及一种含硫酸钡的复合材料、其制造方法和此复合材料的 用途。由在聚合物系统中使用亦称为添加剂的常规填料和颜料可知，填料 或颜料颗粒和聚合物基体之间相互作用的性质和强度影响着复合材料 的性能。通过针对性表面改性可以影响颗粒与聚合物基体之间的相互作 用，并由此可以改进由在聚合物母体中填料和颜料组成的系统(在下文 中也称为复合材料)的性能。常规类型的表面改性是使用烷氧基烷基硅烷使颗粒表面官能化(Funktionalisierung )。表面改性可以用来提高颗 粒与基体的相容性。而且，也可以通过适当选择官能团实现颗粒结合到 基体上。使用常规填料的缺点在于，由于它们的粒度，它们使可见光强烈散射，因此复合材料的透明度显著降低。而且，例如，常规填料如碳 酸4丐差的耐化学性对于许多应用来说都是缺点。提高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-6 667 360公开了一种聚合物复合材料，其含有1-50重量％、粒度为1-100 nm的纳米颗粒。建议金属氧化物、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，这些颗粒的表面是未改 性的。列举环氧化物、聚碳酸酯、硅氧烷(Silikone)、聚酯、聚醚、聚 烯烃、合成橡胶、聚氨酯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚苯醚、聚酮以及其共 聚物和共混物作为聚合物基体。与未填充的聚合物相比，据信US-B-6 667 360中公开的复合材料具有提高的机械性能，特别是拉伸性能和耐 刮擦性。公开的超细颗粒的一个缺点是它们常常具有高的莫氏硬度，并 因此具有高的磨蚀度。此外，与聚合物材料的折射率相比，所述材料的 折射率(例如，二氧化钛，11=2.7)是相当高的。这导致相对强烈的光散 射，由此导致复合材料的透明度下降。在典型的颜料和填料中，硫酸钡(BaS04)是个特例。硫酸钡是化 学惰性的，并且不与一般的聚合物反应。硫酸钡的莫氏硬度为3,是相 对软的；例如，金红石变体形式的二氧化钛的莫氏硬度为6.5。硫酸钡 的折射率相对低，为n=1.64。专利申请DE 102005025719 Al公开了一种将平均粒度小于0.5 |um并涂有分散剂的解聚(desagglomeriert)硫酸钡引入到塑料前体，例如 多元醇中的方法。在此方法中，制造包含含有分散剂和结晶抑制剂的解 聚硫酸钡的塑料。申请WO 2007-039625 Al描述了在透明的聚合物中4吏 用含至少一种有机组分的硫酸钡或碳酸铐颗粒。使用有机涂覆的解聚石危 酸钡颗粒的通病在于不能普遍地使用有机组分。使用结晶抑制剂是特别 不利的，因为在制造(沉淀)硫酸钡颗粒中已经使用了它们。在这种情 况下，结晶抑制剂与塑料前体或塑料的相容性严重地限制了产品的可能 应用。在极端的情况下，这会意味着对于每种塑料来说必须研发并制造 新的产品。申请DE 102005025719 Al和WO 2007-039625 Al中描述的 解聚硫酸钡颗粒的另 一个缺点在于次级颗粒的粒度分布，其平均粒径应 该小于2 ium,优选<250 nm,特别优选<200 nm,非常特别优选<130 nm, 更加优选〈100nm，特别优选〈50nm。如此细的次级颗粒分布导致强烈 的粉尘趋势，而出于工作安全的原因，这是应该避免的，特别是对于超 细颗粒。现有技术中描述的填料改性复合材料的另 一个缺点是对于许多应 用来说它们不充分的机械性能。本专利技术的目的是克服现有技术的缺点。本专利技术的目的特别是提供一种复合材料，与现有技术的复合材料相 比，该复合材料具有显著提高的弯曲模量、弯曲强度、拉伸模量、拉伸 强度、裂紋韧性(Risszahigkeit)、断裂韧性、沖击强度和磨耗速率 (VerschleiPrate )。对于复合材料的某些应用，例如在汽车、飞机或宇航领域中，这是 特别重要的。例如，降低的磨耗速率在滑动轴承、齿轮或辊和活塞涂层 中是合乎需要的。这些部件特别应该具有长的寿命，由此导致机器延长 的使用期限。例如，在由PA6、 PA66或PET制造的合成纤维中，可以 提高撕裂强度。意外地，用具有独立权利要求特征的本专利技术复合材料实现了该目 的。在从属权利要求中表征了优选的实施方案。意外地，根据本专利技术，即使使用沉淀、非表面改性、晶粒大小d50 小于350 nm (用Debye-Scherrer法测量)的硫酸钡也大大提高了聚合物 复合材料的机械和摩擦性能。因为非表面改性的疏酸钡颗粒不能在颗粒 与基体之间形成键，所以这是更加令人惊讶的。已知的是添加剂与基体之间的化学或物理键也对提高复合材料的 机械和摩擦性能具有有利的作用。因此，本专利技术一个特别的实施方案设 想提供和使用能够形成这种键的硫酸钡颗粒。为此，提供根据本专利技术的 表面改性硫酸钡颗粒。然而，直到在制造硫酸钡颗粒(例如，在含水介结合所需的:面改性。、、'，、，、、。#、 "一土 、随后表面改性的优点在于它提供高的灵活性。此方法使得一方面在 硫酸钡沉淀的过程中能以通常的方法进4亍颗粒形成，而这意味着颗粒形 成不受共沉淀物负面影响。另一方面，控制硫酸钡颗粒的粒度和形态更 容易。可以通过所有现有技术已知的方法进行供本专利技术使用的硫酸钡沉 淀。根据本专利技术，优选使用于沉淀纳米颗粒用沉淀反应器，特别是超快 速混合多种反应物例如氬氧化钡或辟u化钡或氯化钡和At酸钠或石克酸的水溶液的反应槽(Reaktionszell)中制造的硫酸钡。根据本专利技术，沉淀后，碌u酸钡优选为沉淀悬浮液的形式。洗涤并浓缩本专利技术使用的硫酸钡以防止聚集的废水-故有机物污染。 现在，-危酸钡为浓缩的；危酸钡悬浮液的形式。可以通过喷雾干燥、冷冻干燥和/或研磨干燥来干燥浓缩的硫酸钡悬 浮液。取决于干燥方法，随后研磨干燥的粉末可能是需要的。可以通过 本身已知的方法进行研磨。优选地，使用喷雾干燥的硫酸钡粉末制造根据本专利技术的复合材料。 这具有以下优点，即相对粗的喷雾干燥器聚集体形成粉尘低、非常易于 自由流动且意外地也很好分散的粉末。根据本专利技术的复合材料含有聚合物基体，该聚合物基体具有0.1-60 重量％、中值晶粒大小dso小于350 nm (用Debye-Scherrer法测量)的 沉淀硫酸钡。晶粒大小d5Q优选小于200 nm,特别优选3-50 nm。根据 本专利技术，碌^酸钡颗粒可以是表面改性的和非表面改性的。根据本专利技术的复合材料还可以含有本身为本领域技术人员已知的 组分，例如矿物填料、玻璃纤维、稳定剂、工艺添加剂((亦称保护系 统)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)、硫化促进剂、硫化延緩剂、 氧化锌、硬脂酸、硫、过氧化物和/或增塑剂。例如，根据本专利技术的复合材料可以另外含有至多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)。例如，根据本专利技术的复合材料可以含有0.1-60重量％的硫酸钡，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 (例如分散本文档来自技高网...

【技术保护点】
由聚合物基体中的填料和颜料组成的复合材料，其特征在于，其含硫酸钡、至少一种热塑性塑料、高性能塑料和／或环氧树脂，其中硫酸钡的晶粒大小ｄ↓［５０］小于３５０ｎｍ，优选小于２００ｎｍ，特别优选为３－５０ｎｍ，和该硫酸钡可以是无机或有机表面改性的，也可以是未经表面改性的。

【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，
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]