[发明专利]固体填料表面与添加物的受控化学反应以产生经表面处理的填料产物的方法

说明书

本发明涉及一种使用丁二酸酐制备经表面处理的填料产物的方法；经表面处理的填料产物；聚合物组合物；包含该经表面处理的填料产物和/或该聚合物组合物的纤维和/或长丝和/或膜和/或线；包含该经表面处理的填料产物和/或该聚合物组合物和/或该纤维和/或长丝和/或膜和/或线的制品；以及单取代的丁二酸酐用于降低含碳酸钙填料表面的亲水性的用途；和经表面处理的填料产物用于引发环氧树脂中的交联反应的用途。

实际上，填料和尤其含碳酸钙填料通常用作热塑性聚合物产物(如纤维、长丝、膜和/或线)中的颗粒填料，所述热塑性聚合物产物一般由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯(PES)和/或聚酰胺(PA)制成。然而，引入添加物以向填料提供涂层和改善该无机填料在聚合物组合物中的分散性以及可能改善此聚合物组合物的可加工性和/或最终应用产物(例如纤维、长丝、膜和/或线)的性质。除去这种添加物将不可接受地降低所得纤维、长丝、膜和/或线的品质。此外，应注意这种无机填料一般与在应用这种矿物填料期间和/或在加工包含这种矿物填料的所述聚合物产物时所达到的温度下形成的挥发物的存在关联。这种挥发物可例如：

-与矿物填料固有地关联(“固有挥发物”)，且尤其与水关联，和/或

-在处理矿物填料期间引入(“添加的挥发物”)，例如使得矿物填料在聚合塑料介质中更具可分散性，和/或

-由固有有机材料和/或添加的有机材料与矿物填料的反应产生；这种反应可尤其由在引入和/或加工包含矿物填料的聚合材料期间(例如在挤出或化合过程期间)所达到的温度引起或增强；和/或

-由固有有机材料和/或添加的有机材料降解产生，形成CO₂、水和可能这些有机材料的低分子量级分；该降解可尤其由在引入和/或加工包含矿物填料的聚合材料期间(例如在挤出或化合过程期间)所达到的温度引起或增强。

由于这种挥发物的存在，可能难以制备不具有导致不均匀表面的空隙的纤维、长丝、膜和/或线，且因此使包含该填料的最终聚合物产物的质量劣化。此外，挥发物可导致这种纤维、长丝、膜和/或线的拉伸强度和撕裂强度降低，且可使其可见外观、尤其其可见均匀性劣化。此外，挥发物可在混合步骤期间产生矿物填充的聚合物熔融物的过量起泡，在真空提取时引起不期望的产物积聚，且因此迫使输出率降低。

本领域中，已进行若干尝试来改善无机填料和尤其含碳酸钙无机填料的适用性，例如通过用脂肪族羧酸和脂肪族羧酸盐处理这种无机填料，这种脂肪族羧酸和脂肪族羧酸盐在一些情况下亦可称为脂肪酸和脂肪酸盐。例如，WO 00/20336涉及超细天然碳酸钙，其可任选地以一种或若干种脂肪酸或一种或若干种其盐或混合物处理，且其用作聚合物组合物的流变调节剂。

同样，US 4,407,986涉及沉淀碳酸钙，其经可包括较高级脂肪族酸和其金属盐的分散剂表面处理以限制揉合此碳酸钙与结晶聚丙烯时润滑剂添加物的添加和避免形成限制聚丙烯的冲击强度的碳酸钙聚集物。

EP 0 998 522涉及使用至少10个碳原子的脂肪酸制得的用于可透气膜的经表面处理的碳酸钙填料，其中该填料在处理过程之前和之后必须几乎无水分，在低于0.1wt.％的范围中。

然而，为了实现和保持该低水分含量，需要高能耗和高成本。因此，该低水分含量并非影响和控制固体矿物表面与处理添加物的反应以在低能量成本下实现经表面处理填料产物的良好品质的理想参数。

DeArmitt等人，Improved thermoplastic composites by optimised surface treatment of the mineral fillers，Institute for Surface Chemistry，2000年8月描述湿式处理法，其中包含无机填料的分批悬浮液(batch suspension)与分散剂在室温下接触1小时。然而，该湿式处理法具有缺点，即湿润干燥产物用于处理和随后干燥是耗能且耗成本的。

EP 0 325 114涉及基于聚氯乙烯的用于机动车的非下垂底封组合物，其具有改善的流变和粘合性质，实施例7公开用于处理矿物填料的12-羟基硬脂酸的铵盐与脂肪酸组合的混合物(重量比1∶1)。

WO 03/082966涉及可交联和/或交联的纳米填料组合物，在任选的实施方案中，其可另外包括可经或可未经硬脂酸、硬脂酸酯、硅烷、硅氧烷和/或钛酸盐/酯涂布的填料。这种纳米填料组合物用于增强阻隔性质、强度和热变形温度，使其适用于医疗、汽车、电、建筑和食品应用。