專利名稱：復(fù)合組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有用于生產(chǎn)增強(qiáng)的產(chǎn)品的可修飾特性的、空心玻璃微球與聚合物的復(fù)合材料。在該復(fù)合材料中通過(guò)這些組分的新的相互作用而產(chǎn)生這些新特性。這些空心玻璃微球與聚合物的復(fù)合材料是一種空心玻璃微球(典型地微粒組分)與一種聚合物材料的獨(dú)特組合，該組合通過(guò)將所組合的聚合物以及達(dá)到基礎(chǔ)聚合物材料的90%的空心玻璃微球進(jìn)行共混來(lái)實(shí)現(xiàn)真正的復(fù)合材料特性而優(yōu)化了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)以及特征。
背景技術(shù)：
已經(jīng)對(duì)于創(chuàng)造具有獨(dú)特特性的復(fù)合材料給予了實(shí)質(zhì)性的注意。這一類別的材料中包括具有改進(jìn)的黏彈性特征、不同的密度、不同的表面特征以及其他特性的材料，這些材料可以用來(lái)構(gòu)造一種具有改進(jìn)的特性的材料。多年來(lái)已經(jīng)通過(guò)總體上組合兩種不同的材料而由二者獲得優(yōu)異特性來(lái)制造復(fù)合材料。一種真正的復(fù)合材料是獨(dú)特的，因?yàn)檫@些材料的相互作用提供了這兩種組分的最佳特性和特征。許多類型的復(fù)合材料是已知的。總體上，本領(lǐng)域認(rèn)可的是將形成一種合金的某些類型以及比例的金屬組合在金屬/金屬合金材料中提供了獨(dú)特的特性。金屬/陶瓷復(fù)合材料的制造典型地涉及將金屬粉末或纖維與可以燒結(jié)成金屬/陶瓷復(fù)合材料的粘土材料進(jìn)行組合。典型地將一個(gè)熱塑性或熱固性聚合物相與一種增強(qiáng)粉末或纖維進(jìn)行組合產(chǎn)生了一系列填充的材料并且在適當(dāng)?shù)臈l件下可以形成一種真正的聚合物復(fù)合材料。一種具有添加劑作為填料的填充的聚合物不能顯示復(fù)合材料的特性。一種填料材料典型地包括作為該聚合物體系的顏料或增充劑起作用的無(wú)機(jī)材料。填料通常是該組合物中一種更昂貴組分的替代物。已經(jīng)典型地制造了多種多樣的纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料來(lái)獲得纖維增強(qiáng)特性從而改進(jìn)一種具體復(fù)合材料中聚合物的機(jī)械特性。許多的這些含聚合物和微粒的材料是混合物而不是真正的復(fù)合材料。混合物是較容易地可分離為多個(gè)組成部分的并且一旦分離就顯示出這些組分的單獨(dú)特性。一種真正的復(fù)合材料抵抗了分離并且展示了這些輸入材料的增強(qiáng)的特性，而這些單獨(dú)的輸入材料通常不展示增強(qiáng)的特性。一種真正的復(fù)合材料并不展現(xiàn)這些單獨(dú)組分的特性而是展現(xiàn)復(fù)合材料的獨(dú)特特征。雖然總體上關(guān)于復(fù)合材料已經(jīng)進(jìn)行了大量工作，但尚未實(shí)現(xiàn)在一種聚合物復(fù)合材料中應(yīng)用無(wú)機(jī)的、非金屬的或礦物的顆粒。調(diào)整密度使這些材料形成為一種聚合物與無(wú)機(jī)礦物或非金屬的復(fù)合材料形成體對(duì)該復(fù)合材料提供了新的機(jī)械和物理特性并且在使用時(shí)獲得了在其他材料中不存在的特性。對(duì)如下材料存在需要，該材料具有可調(diào)整的密度、低毒性以及在增大的順應(yīng)性、彈性和柔軟性意義上的改進(jìn)特性。發(fā)明簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明涉及一種具有改進(jìn)的并且新的特性的空心玻璃微球與聚合物的復(fù)合材料、 這些材料的制造方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的材料是通過(guò)選擇非金屬的空心玻璃微球物種、粒度(Ps)分布、分子量、以及黏彈性特征和加工條件而提供的。這些顆粒具有特別的并且新的顆粒形態(tài)學(xué)，這與本發(fā)明的這些組分協(xié)作而對(duì)該復(fù)合材料提供了所需要的特性。該材料通過(guò)空心玻璃微球的選擇和聚合物的選擇獲得了可調(diào)整的化學(xué)/物理特性。得到的復(fù)合材料在密度、表面特征、減小的毒性、改進(jìn)的可鍛性、改進(jìn)的延展性、改進(jìn)的黏彈性能(如拉伸模量、儲(chǔ)能模量、彈性-塑性變形以及其他)、電/磁特性、電力和振動(dòng)或聲音條件的耐受性、以及機(jī)器模制特性的意義上超過(guò)了同期的復(fù)合材料。我們已發(fā)現(xiàn)密度以及作為伸長(zhǎng)率測(cè)量的聚合物黏彈性是本技術(shù)中一種復(fù)合材料的有用特性以及有用的預(yù)測(cè)參數(shù)。在產(chǎn)生有用的增強(qiáng)的特性時(shí)，所選定的粒徑(PpPs1等)的充填、顆粒群的分布(distribution population particles)以及微?；蚧旌系姆墙饘佟o(wú)機(jī)、陶瓷或礦物微粒的選擇將得到這些增強(qiáng)的特性。附圖簡(jiǎn)要討論

圖1至5示出了在一種密封劑中的增強(qiáng)的流變特性。發(fā)明詳細(xì)討論本發(fā)明涉及新穎的復(fù)合材料，這些復(fù)合材料是通過(guò)將一種空心玻璃微球微粒與一種聚合物組合來(lái)實(shí)現(xiàn)新穎的物理電表面和黏彈性能而制造的。在本發(fā)明中可以使用具有范圍從約10微米至約1，500微米的粒徑的一種空心玻璃微球微粒。最大尺寸是使得該顆粒的粒徑(Ps)小于一個(gè)最終用途的物品中處于應(yīng)力下時(shí)最小維度或最薄部分的20%。此類顆?？梢允腔旧峡招牡牟⑶仪驙畹?。熱塑性和熱固性樹(shù)脂均可以用在本發(fā)明中。下面將更詳細(xì)地討論此類樹(shù)脂。在熱塑性樹(shù)脂的情況下，這些復(fù)合材料具體地是通過(guò)將該微粒和界面改性劑與熱塑性塑料共混并然后將該材料成形為最終的復(fù)合材料而形成。熱固性復(fù)合材料是通過(guò)將微粒與界面改性劑與一種未固化的材料組合而且接著將該材料固化成一種最終的復(fù)合材料而制成。在這兩種情況下，該微粒材料典型地涂覆有一種界面的表面化學(xué)處理物，該處理物支持或增強(qiáng)了該復(fù)合材料的最終特性。一種復(fù)合材料不僅僅是一種簡(jiǎn)單的混合物。復(fù)合材料被定義為以不同的組成百分比摻入的兩種或更多種物質(zhì)的一個(gè)組合，其中每種組分產(chǎn)生了多種單獨(dú)材料的一個(gè)組合， 從而產(chǎn)生了除其成分的特性之外的或優(yōu)于它們的特性。在一種簡(jiǎn)單的混合物中，所混合的材料具有極小的相互作用以及極小的特性增強(qiáng)作用。這些材料之一被選擇為增大剛度、強(qiáng)度或密度。原子和分子可以使用多種機(jī)理而與其他原子或分子形成鍵。此種鍵合可以發(fā)生在原子或分子表面的電子云之間，包括分子-分子相互作用、原子-分子相互作用以及原子-原子相互作用。每種鍵合機(jī)理都涉及原子中心之間的特征力和尺寸，甚至在分子的相互作用中。此鍵合力的重要方面是強(qiáng)度，鍵合強(qiáng)度在距離和方向上的變化。此種鍵合中的主要的力包括離子鍵合、共價(jià)鍵合以及范德華(VDW)類型的結(jié)合。離子的半徑和鍵合發(fā)生在離子物種中，如Na+Cr、Li+r。此類離子物種在原子中心之間形成了離子鍵。此種鍵合是實(shí)質(zhì)性的、通常實(shí)質(zhì)上大于lOOkJ-mol—1、常大于ZSOkJ-mor1。此外，對(duì)于離子半徑而言的原子間距離趨向于是小的并且在1-3 A的等級(jí)上。共價(jià)鍵合產(chǎn)生自原子周圍電子云的重疊，從而在原子中心之間形成一個(gè)直接的共價(jià)鍵。共價(jià)鍵的強(qiáng)度是實(shí)質(zhì)性的、大致等于離子鍵合并且趨向于具有略更小的原子間距離。不同類型的范德華力與共價(jià)鍵合以及離子鍵合不同。這些范德華力趨向于是分子之間而非原子中心之間的力。范德華力典型地被分為三種類型的力，包括偶極子-偶極子的力、色散力以及氫鍵。偶極子-偶極子的力是產(chǎn)生自分子上電荷的量或分布的暫時(shí)或永久性變化的一種范德華力。^ 1化學(xué)力和相互作用的歸納
權(quán)利要求
1.一種空心玻璃微球與聚合物的復(fù)合材料，包括(a)約30Vol-%至87Vol-%的一種空心玻璃微球，該微球具有大于約5微米的粒徑、具有約0. 005wt-%至8wt-%的一種界面改性劑的涂層，該百分比是基于該復(fù)合材料；以及(b)一個(gè)聚合物相。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中該復(fù)合材料的密度是約0.2至5gm-CnT3。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中該聚合物具有的密度是大于1.7gm-CnT3。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中該復(fù)合材料具有的拉伸強(qiáng)度是該基礎(chǔ)聚合物的約0. 1至10倍。
5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中該復(fù)合材料具有的拉伸伸長(zhǎng)率是該基礎(chǔ)聚合物的約5%至100%。
6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中該復(fù)合材料具有至少0.的拉伸強(qiáng)度以及至少^沈―1的熱塑剪切力。
7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中該復(fù)合材料包括大于30Vol-%的該空心玻璃微球。
8.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中該空心玻璃微球具有約5至300微米的粒徑Ps。
9.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中該微粒另外包括一種粒徑(Ps)為約5至1000 微米的實(shí)心玻璃球。
10.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中該聚合物包括一種高密度聚烯烴。
11.一種空心玻璃微球與聚合物的復(fù)合材料，包括(a)約90至30體積％的一種空心玻璃微球，該微球具有大于約0.lOgm-cnT3并且小于 5gm-cm-3的密度、以及大于8微米的粒徑；以及(b)約10體積％至70體積％的一個(gè)聚合物相；其中該微球具有一個(gè)包括約0. 005wt. 至3wt. 的界面改性劑的涂層；并且其中該復(fù)合材料的密度是約0. 20至15gm-cm_3。
12.如權(quán)利要求11所述的復(fù)合材料，其中該復(fù)合材料的密度是約0.2至5gm-CnT3。
13.—種包括如權(quán)利要求11所述的復(fù)合材料的成型物品，其中該復(fù)合材料包括約 87V0l-%至50to1-%的一種空心玻璃微球、并且具有如下一種粒度分布，該粒度分布具有至少IOwt. 的一種微粒位于約10至100微米之內(nèi)并且至少IOwt. 的該聚合物微粒位于約100至1000微米之內(nèi)。
14.如權(quán)利要求12所述的物品，其中密度是約0.2至0. 8gm-cnT3。
15.一種輪胎橡膠配制品，包括(a)一種可固化的橡膠；(b)一種空心玻璃微球，該微球具有約0. 0005wt. 至8wt. 的一種界面改性劑的涂層。
16.一種用于配混輪胎橡膠配制品的工藝，該方法包括在一個(gè)包含一種未固化的橡膠的配料混煉機(jī)中大致將一種空心玻璃微球加入一種輪胎配制品中，該微球具有約 0. 0005wt. %至8襯.％的一種界面改性劑的涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有增強(qiáng)的粘彈性和流變學(xué)特性的空心玻璃微球與聚合物的復(fù)合材料。
文檔編號(hào)C08K9/04GK102439083SQ201080018728
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者J·S·克羅爾, K·E·?；? R·K·威廉姆斯 申請(qǐng)人:騰德拉合成有限公司