[发明专利]含硫酸钡的复合材料

说明书

本发明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 酸钙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 -100nm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，n＝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(BaSO₄)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 A1公开了一种将平均粒度小于0.5μm 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。WO 2007-039625 A1描述了在透明的聚合物中使用含 至少一种有机组分的硫酸钡或碳酸钙颗粒。使用有机涂覆的解聚硫酸钡 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 A1和WO 2007-039625 A1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 2μm，优选＜250nm，特别优选＜200nm，非常特别优选＜130nm，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，特别是对于纳米级 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。

本发明的目的是克服现有技术的缺点。

本发明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、裂纹韧性断裂韧性、冲击强度和磨耗速率 (Verschleiβrate)。

意外地，用具有独立权利要求特征的本发明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，根据本发明，即使使用沉淀、非表面改性、微晶大小d₅₀小于350nm(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。因为非表面改性的硫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。