CN101356242B - 水合铝颜料及由该颜料形成的聚合物复合物 - Google Patents

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Abstract

一种复合材料，其包括聚合物基质和分散在该聚合物基质中的颜料。所述颜料包括水合氧化铝颗粒材料和染料。所述染料共价结合在水合氧化铝颗粒材料的表面。

Description

水合铝颜料及由该颜料形成的聚合物复合物
发明领域
本申请一般涉及聚合物复合物和颜料。 
发明背景 
一般而言，需要有色的塑料或聚合物材料用于各种应用，如塑料消费性产品和聚合物复合建筑材料。这类有色的塑料和聚合物材料能为制成的制品提供改进的外观和美学特性。通常，在聚合物材料中加入颜料或染料，来产生有色的聚合物材料。 
然而，传统的有色聚合物材料可能褪色、失去颜色或发生美学上令人不愉快的变色。传统的染料可能从聚合物材料渗出，或者通过热降解或暴露于辐射如紫外线电磁辐射引起的降解而失去颜色或漂白。渗出是掺混在卤化聚烯烃中的染料的特别的问题。同样，包含这类染料的聚合物材料的色牢度可能很差。 
此外，用聚合物材料来分散传统颜料很困难。分散性差导致有色的聚合物材料产生漩涡(swirling)和色可变性。此外，颜料在聚合物制品中的分散性差可能导致不希望的机械性质。因此，通常要使用增容剂，将颜料分散在聚合物材料中。这类增容剂包括有助于分散颜料的各种有机化合物。此外，可以采用高剪切的机械处理来分散颜料。但是，增容剂通常成本高，并且也会影响有色的聚合物材料的机械性质。 
因此，工业上一直需要提供提高了色牢度、稳定性、以及对漂白和色渗出的耐受性的颜料和塑料。 
发明概述 
在特定的实施方式中，颜料包括水合氧化铝颗粒材料和染料。染料共价结合在水合氧化铝颗粒材料的表面。 
在另一个示例的实施方式中，一种复合材料包括聚合物基质和分散在聚合物基质中的颜料。颜料包括水合氧化铝颗粒材料和染料。该染料共价结合在水合氧化铝颗粒材料的表面。 
在又一个示例的实施方式中，一种复合材料包括加入了颜料的聚合物基质。该颜料包括三嗪染料，该三嗪染料共价结合在勃母石颗粒材料的表面。所述勃母石颗粒材料的比表面积不大于约250m2/g，平均粒度不大于约1000纳米。 
在另一个实施方式中，一种形成颜料的方法包括：提供包含水合氧化铝颗粒材料的浆料、加入染料和将该浆料形成颜料浆料。染料包含官能团，该官能团的结构能促进与水合氧化铝颗粒材料的表面基团的共价结合。 
在又一个实施方式中，一种形成复合材料的方法包括：将颜料和聚合物混合形成聚合物混合物。该颜料包括水合氧化铝颗粒材料和染料，所述染料与水合氧化铝颗粒材料的表面基团共价结合。该方法还包括将聚合物混合物熔化形成复合材料。 
附图简述 
参照附图能更好地理解本发明内容，并且本发明的诸多特征和优点对本领域技术人员而言是显而易见的。 
图1，2，3和4包括对材料性质的图示，这些材料性质例如是，示例聚合物复合物的相对挠曲模量，冲击强度，相对百分结晶度和T50。 
在不同的附图中使用相同的附图标记表示类似或相同的对象。 
发明详述 
在特定的实施方式中，一种复合材料是由聚合物基质和颜料形成。所述颜料包括水合氧化铝颗粒，该水合氧化铝颗粒表面共价结合有染料。例如，该染料可以取代氢与水合氧化铝颗粒表面基团的羟基中的氧共价结合。在示例的实施方式中，聚合物基质由聚烯烃或卤化聚烯烃形成。 
在另一个示例的实施方式中，一种形成颜料的方法包括制备包含水合氧化铝颗粒材料的浆料。该方法还包括在该浆料中加入染料，形成颜料浆。所述染料具有一种官能团，其结构能促进与水合氧化铝颗粒材料，如与水合氧化铝颗粒表面上的羟基的共价结合。形成颜料浆后，可以对颜料浆进行干燥和碾磨，制备颜料。在具体的实施方式中，颜料可以和聚合物材料，如热塑性聚合物掺混，并挤出或熔融掺混，形成复合材料。 
在示例的实施方式中，复合材料包括聚合物基质以及分散在聚合物基质中 的颜料。所述聚合物基质由热塑性聚合物材料或热固性聚合物材料形成。在一个实例中，聚合物基质由热塑性聚合物形成，如聚烯烃或者卤化聚烯烃。例如，热塑性聚合物可包括由单体形成的聚合物、聚合物掺混物，或共聚物，所述单体例如有，乙烯、丙烯、氯乙烯、偏二氯乙烯、氟乙烯、偏二氟乙烯、四氟乙烯、三氟氯乙烯，或它们的组合。因此，热塑性聚合物可以包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚氟乙烯(PVF)，聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)，或它们的组合。在又一个示例的实施方式中，热塑性聚合物可以包括以下聚合物、以下聚合物的掺混物，或由以下聚合物形成的共聚物，所述聚合物是聚丙烯酸酯，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸丁酯(PBA)；聚酰胺，如尼龙6、尼龙11、尼龙12；聚酯，如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)；聚氨酯；聚碳酸酯；或者纤维素，包括纤维素酯或硝酸纤维素。在另一个实例中，热塑性聚合物可以是包含以下物质的聚合物、聚合物掺混物或共聚物：乙烯乙酸乙酯(EVA)、乙基乙烯醇(EVOH)、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)、聚甲基戊烯(PMP)、聚环氧乙烷(PEO)或聚醚醚酮(PEEK)。 
或者，聚合物基质可以由热固性聚合物形成。例如，聚合物基质可以由以下聚合物形成，如环氧化物、酚树脂、三聚氰胺、呋喃、脲甲醛、聚氨酯、硅酮、乙烯酯，或不饱和聚酯树脂。 
在示例的实施方式中，复合材料包含分散在聚合物基质中的颜料。该颜料包括水合氧化铝颗粒材料，所述水合氧化铝颗粒的表面共价结合有染料。 
一般而言，水合氧化铝颗粒材料包括符合式Al(OH)aOb的水合氧化铝，其中，0＜a≤3，b＝(3-a)/2。一般而言，水合氧化铝颗粒材料的水含量约为1-38重量％，如约15-38重量％。在特定的实施方式中，水合氧化铝颗粒材料不含非氧化铝的陶瓷材料，特别是不含二氧化硅和硅铝酸盐材料。例如，当a＝0时，该式对应于氧化铝(Al2O3)。 
水合氧化铝颗粒材料可以包括氢氧化铝，如ATH(三氢氧化铝)，其矿物形式通常称作水铝矿、三羟铝石或铝土矿，或者水合氧化铝颗粒材料可以包括一水合氧化铝，也称作勃母石。这种矿物形式的氢氧化铝可以形成能用于形成颜料的水合氧化铝颗粒材料，或者可以用作含铝前体，用于进一步处理，如在下面详细描述的接种水热处理中。 
根据实施方式，水合氧化铝颗粒的长宽比(aspect ratio)定义为最长的尺 寸与垂直于该最长尺寸的次长尺寸的比值，该比值一般至少约为2∶1，特别是至少约3∶1，如至少约4∶1，或至少约6∶1。特定的实施方式中具有相对拉长的颗粒，如长宽比至少约8∶1，至少约10∶1，在特定的实例中至少约14∶1。 
具体对于水合氧化铝颗粒的形态，可得到不同的形态，如针形、椭圆形和小片(platelet)形颗粒。例如，具有针形形态的颗粒可以参考次级长宽比进一步表征，次级长宽比定义为次长尺寸与垂直于最长尺寸和次长尺寸的第三长尺寸的比值。针形颗粒的次级长宽比一般不大于约3∶1，通常不大于约2∶1，或者不大于约1.5∶1，更多时约1∶1。次级长宽比一般描述了颗粒在垂直于最长尺寸的平面内的横截几何构形。注意到，由于在此使用的术语长宽比是指最长尺寸与次长尺寸的比值，因此可称作初级长宽比。 
根据另一个实施方式，水合氧化铝颗粒可以是扁平(platey)或小片形颗粒，一般是拉长的结构，具有关于针形颗粒的上述初级长宽比。但是，小片形颗粒一般具有相对的主表面，相对的主表面一般是平面并且相互平行。此外，小片形颗粒的特点是次级长宽比大于针形颗粒的次级长宽比，一般至少约3∶1，如至少约6∶1，或至少约10∶1。通常，垂直于相对主表面的最短尺寸或边缘尺寸一般小于50纳米，如小于约40纳米，或小于约30纳米。 
根据另一个实施方式，水合氧化铝颗粒可以是椭圆形颗粒，一般是拉长的结构，具有关于针形颗粒的上述初级长宽比。此外，椭圆形颗粒的特点是次级长宽比不大于约2∶1，不大于约1.5∶1，或约为1∶1。 
水合氧化铝颗粒材料的形态还可以用粒度，更具体是平均粒度来限定。如本文中所用，“平均粒度”用来指颗粒的平均最长尺寸或长度尺寸。一般，平均粒度不大于约1000纳米，如约75-1000纳米。例如，平均粒度可以不大于约800纳米，不大于约500纳米，或不大于约300纳米。在细小颗粒材料的内容中，实施方式的粒度不大于250纳米，如不大于225纳米。由于一些实施方式的处理限制，最小平均粒度一般至少约为75纳米，如至少约100纳米，或至少约135纳米。 
由于颗粒拉长的形态，常规的表征技术一般不足以测量平均粒度，因为表征技术一般是基于以下假设，即颗粒是球形或接近球形。因此，平均粒度是通过取多个代表样品，并在代表样品中对粒度进行物理测量而确定的。可以采用各种表征技术来取样品，例如，通过扫描电子显微镜(SEM)。术语平均粒度还指初级粒度，与单独可确认的颗粒相关，而无论是分散形式还是聚集形式。当 然，团聚体具有相对较大的平均粒度，本发明内容并不注重于团聚体的尺寸。 
除了水合氧化铝颗粒材料的长宽比和平均粒度外，颗粒材料的形态还可以用比表面积来表征。在此，使用普通可利用的BET技术来测量颗粒材料的比表面积。根据本文的实施方式，水合氧化铝颗粒材料的比表面积，一般不小于约10m2/g，如不小于约20m2/g，30m2/g，或不小于约40m2/g。因为比表面积是颗粒形态以及粒度的函数，各实施方式的比表面积一般都不大于约250m2/g，如不大于约200m2/g或不大于约100m2/g。具体地，表面积可以约为50-250m2/g。在示例的实施方式中，针形水合氧化铝颗粒的比表面积约为100-250m2/g。在另一个示例的实施方式中，小片形水合氧化铝颗粒的比表面积约为50-98m2/g。 
在特定的实施方式中，对于通式Al(OH)aOb，其中0＜a≤3，b＝(3-a)/2，当a约为1时，水合氧化铝材料对应于勃母石。更广义，在此所用的术语“勃母石”指水合氧化铝，包括矿物勃母石，通常是Al2O3·H2O(其水含量在15％左右)，以及假勃母石(水含量大于15％，如20-38重量％)。同样，术语“勃母石”用来指水含量为15-38重量％，如15-30重量％的水合氧化铝。注意到勃母石(包括假勃母石)具有颗粒和可识别的晶体结构，并因此具有独特的X-射线衍射图，因此，可以将勃母石与其他含铝材料，包括其他水合氧化铝区分。勃母石可以通过对含铝材料，如含铝前体进行接种处理路径的处理获得，提供理想的形态和颗粒特性。 
根据一个实施方式，勃母石颗粒的长宽比至少约2∶1，特别是至少3∶1，至少4∶1，或者至少6∶1。事实上，一些实施方式具有相对拉长的颗粒，如长宽比不小于8∶1，不小于10∶1，在某些情况中，不小于14∶1。和前面所述的含铝材料一样，勃母石具有各种形态，如针形、椭圆形和小片形颗粒。 
回到制备勃母石颗粒材料的方法，通过在上述共同拥有的美国专利4,797,139中一般性描述的水热处理，由勃母石前体，通常是包括铝土矿(bauxitic mineral)的含铝材料形成一般是椭圆体、针形或者小片形的勃母石颗粒。更具体地，勃母石颗粒材料可以通过以下方式形成，将勃母石前体和勃母石晶种在悬浮液中混合，使该悬浮液(或者溶胶或浆料)接受热处理，使原料转化为勃母石颗粒材料，该勃母石颗粒材料进一步受到悬浮液中的勃母石晶种的影响。加热一般在自热的环境即高压釜中进行，在处理期间产生升高的压力。一般选择悬浮液的pH为小于7或大于8，勃母石晶种材料的粒度小于约0.5微 米。一般而言，晶种颗粒的存在量大于勃母石前体(按照Al2O3计算)重量的约1％，加热在高于约120℃的温度，如高于约125℃，或者甚至高于约130℃的温度，自发产生的压力，通常约为30psi下进行。 
颗粒材料可以在扩展的水热条件，结合相对较低的晶种水平和酸性pH下制备，使勃母石优先沿一个轴向或两个轴向生长。采用较长的水热处理，一般能产生更长和更高长宽比的勃母石颗粒和/或较大的颗粒。 
热处理如水热处理以及勃母石转化后，一般除去液体组分，如通过超滤法或通过热处理来蒸发残留的液体。然后，一般将产生的物质粉碎至如100目。注意到，在此所述的粒度一般描述了通过处理形成的单晶，而不是某些实施方式中仍保留的团聚体(如，对要求团聚材料的那些产品)。 
在处理勃母石原料期间改进一些变量来达到理想的形态。这些变量特别包括重量比，即勃母石前体与勃母石晶种的比值，在处理期间使用的酸或碱的具体类型或物种(以及相对的pH水平)，以及系统的温度(温度与自热式水热环境的压力成正比)。 
具体地，在保持其他变量恒定的同时改变重量比时，改变了形成勃母石颗粒材料的颗粒的形状和尺寸。例如，在2重量％的硝酸溶液中，于180℃处理2小时，90∶10的ATH∶勃母石晶种比形成针形颗粒(ATH是一种勃母石前体)。相反，当ATH∶勃母石晶种比值减小到80∶20时，颗粒变成为椭圆形。而当该比值进一步减小至60∶40时，颗粒变成接近球形。因此，最典型的勃母石前体与勃母石晶种的比值不小于约60∶40，如不小于约70∶30或不小于约80∶20。但是，为保证足够的接种水平，以促进形成希望的细小颗粒形态，勃母石前体与勃母石晶种的重量比值一般不大于约98∶2。根据前面所述，重量比值提高一般会增大长宽比，而减小重量比值一般会使长宽比下降。 
此外，当改变酸或碱的类型，保持其他变量恒定时，颗粒的形状(如长宽比)和尺寸受到影响。例如，在2重量％的硝酸溶液中，以ATH∶勃母石晶种比值为90∶10，于180℃处理2小时，合成的颗粒一般是针形，相反，当用小于或等于1重量％的HCl替代上述硝酸溶液时，合成的颗粒一般接近球形。使用大于或等于2重量％的HCl时，合成的颗粒通常变成针形。使用1重量％的甲酸，合成的颗粒是小片形。而使用碱性溶液，如1重量％的KOH，合成的颗粒是小片形。如果使用酸和碱的混合物，如1重量％的KOH和0.7重量％的硝酸，合成的颗粒的形态是小片形。应理解，上述酸和碱的重量％的值是基于各固体悬浮液 或浆料的固含量，即，不是基于浆料总重量的总的重量％。 
合适的酸和碱包括：无机酸如硝酸，有机酸如甲酸，卤酸如盐酸，以及酸式盐，如硝酸铝和硫酸镁。有效的碱包括，例如，胺类包括氨，碱金属氢氧化物如氢氧化钾，碱土金属氢氧化物如氢氧化钙，以及碱式盐。 
在保持其他变量恒定的同时改变温度时，通常粒度也改变。例如，在2重量％的硝酸溶液中，以ATH∶勃母石晶种比值为90∶10，于150℃处理2小时，由XRD(x-射线衍射图表征)发现晶体尺寸为115埃。但是，在160℃，发现平均粒度为143埃。因此，随温度升高，粒度也增大，表明粒度与温度之间的正比关系。 
根据本文所述的实施方式，可以使用相对有力和灵活的处理方法，为前体勃母石产品设计理想的形态。特别重要的是，实施方式利用接种处理，结果得到高度过程控制的成本有效的处理路线，该路线能产生要求的细小平均粒度以及受控制的粒度分布。以下各项的组合是特别重要的，能提供对要求的勃母石颗粒材料的形态的可重复和可控制的处理：(i)确定并控制处理方法中的关键变量，如重量比、酸和碱的物种以及温度，和(ii)基于接种的技术。 
颜料由与染料共价结合的水合氧化铝，如上面所述的水合氧化铝形成。在示例的实施方式中，染料是有机染料。例如，所述染料可以是有机染料，如蒽染料、偶氮染料、吖啶染料、吖嗪染料、噁嗪染料、噻嗪染料、喹啉染料、聚甲炔(polymethine)染料、腙染料、三嗪染料、卟啉染料、紫菜嗪染料、硫化染料、喹吖啶酮染料、甲 
Figure S2006800462945D00071
(formazane)染料、硝基染料、亚硝基染料、偶氮甲碱染料或多元醇染料(polyol dye)。在特定的实施方式中，染料包括三嗪染料，如Cibacron HD200％(红)、PBN-GR(红)、C-2BL(红)、FN-2BL(红)、PB6R-GR150％(棕色)、CB(海军蓝)或FN-B(海军蓝)，这些染料都可以从汽巴专业化学品公司(Ciba Specialty Chemicals)购得。在另一个实施方式中，染料包括多元醇染料。 
在特定的实施方式中，染料包括其结构能促进与水合氧化铝共价结合的官能团。例如，所述官能团发生反应，与水合氧化铝颗粒表面上的羟基中的氧形成共价键。具体地，所述官能团能促进与水合氧化铝颗粒表面上的羟基的亲核取代或亲核加成，如替代氢与羟基中的氧形成共价键。示例的官能团包括卤原子，如氟、氯或溴。官能团的另一个例子包括硫酸根合乙基砜(sulfatoethylsolfone)。另一个示例官能团包括：硅烷醇、锆酸根、钛酸根、 羧酸和酯、醛、磺酸或者膦酸。通常，官能团与有机染料的碳原子，如有机染料的官能环上的碳原子相连。在特定的实施方式中，官能团与染料的三嗪环上的碳原子相连。 
染料与水合氧化铝颗粒材料的表面共价结合的证据示于下面的表1，该共价结合与颗粒表面上的弱次级结合机理(weak secondary bonding mechanism)或者材料层之间的插入机理不同。表1示出水合氧化铝颗粒材料(在这种情况，为勃母石)的表面铝原子和氧原子的平均结合能，并将这些结果与含勃母石和染料的样品的结果进行了对比。使用俄歇能谱，测量表面铝原子和氧原子的平均结合能。表1证实添加染料后，水合氧化铝颗粒材料表面上的铝原子的平均结合能衰减，而氧原子的平均结合能增加，表明在勃母石颗粒表面上染料与氧原子之间的共价结合。 
  样品ID   Al   O
  勃母石：  BE(eV)  原子％    1389.15  47.84    509.9  52.16
  勃母石+染料  BE(eV)  原子％    1388.94  44.02    510.34  54.52
表1：两种样品的俄歇能谱证实添加染料的勃母石表面上Al原子和O原子的结合能的变化。 
为形成颜料，染料可以与水合氧化铝颗粒反应。例如，可以由水合氧化铝颗粒形成浆料。该浆料可包含水性液体或有机液体。在示例的实施方式中，浆料是含水浆料，包含不大于约30重量％的水合氧化铝颗粒，如不大于约20重量％或不大于约15重量％的水合氧化铝颗粒。在又一个示例的实施方式中，浆料的pH不大于约7.0，如不大于约5.0。 
在示例的方法中，加热浆料至约25-100℃范围，如约40-80℃。在浆料中加入具有能促进与水合氧化铝共价结合的结构的官能团的染料。在示例的实施方式中，染料可包含在染料溶液中，将该溶液加入浆料。在特定的实例中，所述染料溶液是包含不大于约10重量％的染料的水溶液。在另一个实例中，染料可以是加入到浆料中的粉末。可以对该浆料进行机械混合或搅拌。 
形成颜料后，可以对颜料进行干燥。例如，可以对颜料进行喷雾干燥。对干燥后的颜料进行碾磨，如通过球磨，形成颜料粉。 
当热塑性聚合物形成聚合物基质时，形成复合材料的方法包括将聚合物与 颜料进行干混，形成聚合物混合物。将该聚合物混合物熔化，形成复合物。例如，聚合物混合物可以进行挤出。或者，聚合物混合物可以熔融掺混。 
当热固性聚合物形成聚合物基质时，形成复合材料的方法包括将颜料与聚合物前体的溶液掺混。例如，在高剪切条件下干颜料与该溶液混合。在另一个实例中，颜料溶液可以与聚合物前体溶液混合。 
在示例的实施方式中，复合材料包含约2-25重量％的颜料。例如，复合材料包含约5-10重量％的颜料。此外，复合材料可以包含约60-98重量％的聚合物材料，如约70-95重量％的聚合物材料。虽然组成是以百分量，如重量百分量表示的，但是，应理解，具体组分的百分量的规定影响在一个组合物内的其他组分的百分量，而所有组分的累积百分量决不会大于100％。 
除了颜料外，复合物还包含增容剂、填料、抗氧化剂、紫外辐射吸收剂、增塑剂或它们的组合。例如，复合物可以包含增塑剂以改善可加工性。在另一个实例中，复合物可以包含抗氧化剂或紫外辐射吸收剂，以提高耐候性。在另一个实施方式中，复合物可以包含增容剂，以改善聚合物掺混物中聚合物之间的相容性，或者改善颜料的分散。或者，与水合氧化铝颗粒共价结合的染料可以提供增容的性质。在特定的实施方式中，复合物不含增容剂，但是该复合物仍然表现出与水合氧化铝颗粒相当或改善的分散。 
根据示例的实施方式，复合材料包括聚合物基质以及水合氧化铝颗粒材料，该水合氧化铝颗粒材料表面具有共价结合的染料，与不含水合氧化铝颗粒材料的聚合物基质相比，这种复合材料具有提高的相对挠曲模量。在一个实施方式中，所述复合材料的相对挠曲模量与不含水合氧化铝颗粒材料的聚合物基质的相对挠曲模量相比，提高了至少约5％，如至少8％，至少10％，或至少15％。 
在另一个示例的实施方式中，复合材料包括聚合物基质和水合氧化铝颗粒材料，该水合氧化铝颗粒材料具有共价结合的染料，与具有等量的水合氧化铝颗粒材料但不含共价结合的染料的聚合物基质相比，这种复合材料提高了冲击强度。同样，在一些实施方式中，具有聚合物基质和颜料的复合物与具有水合氧化铝颗粒材料但不含共价结合的染料的复合材料相比，证实冲击强度提高了至少约5％，如至少约8％，或至少约10％。 
在又一个示例的实施方式中，对具有特定固体负载含量的水合氧化铝颗粒材料和共价结合的染料的复合材料，提高了复合材料的相对百分结晶度。根据一个实施方式，复合材料具有至少5重量％水合氧化铝颗粒材料的固体负载的 聚合物基质，所述水合氧化铝颗粒材料包含共价结合的染料，与不含颜料的聚合物基质相比，该复合材料的相对百分结晶度提高了至少约5％。在另一个实施方式中，与不含颜料的聚合物基质相比，该复合材料的相对百分结晶度提高了至少约8％，如至少约10％，或至少约11％。根据又一个实施方式，复合材料具有较高的固体负载含量，如约10重量％的水合氧化铝颗粒材料，与非复合物的聚合物基质相比，该复合材料证实相对百分结晶度提高了至少约5％，如至少约7％，或至少约10％。 
加入表面共价结合有染料的水合氧化铝颗粒材料提供了其他改进的特性，如较高的T50。T50是在热解重量分析中样品的重量为原重量的一半时的温度。在示例的实施方式中，复合物含加入了水合氧化铝颗粒材料的聚合物基质，所述水合氧化铝颗粒材料具有共价结合的染料，与非复合物的聚合物基质相比，该复合物的T50提高。根据一个实施方式，复合物含加入了水合氧化铝颗粒材料的聚合物基质，所述水合氧化铝颗粒材料具有共价结合的染料，与非复合物的聚合物基质相比，该复合物的T50提高了至少约1％，如至少约3％，或至少约10％。 
实施例 
实施例1.颜料合成 
提供经过如上所述处理的勃母石颗粒材料作为水合氧化铝颗粒物质。该勃母石具有针形形态，将该勃母石加入水性溶剂中，形成固体负载约为15重量％的勃母石的勃母石溶胶。该勃母石溶胶的pH为酸性，保持在约3.0-4.0范围，加热该溶胶至约60-70℃的温度，并进行混合。 
染料溶液是通过将0.5g具有硫酸根合乙基砜官能团的三嗪染料在400ml去离子水中混合制得的。加热该染料溶液至约60-70℃，并进行混合。 
将该染料溶液加入勃母石溶胶中，在60-70℃温度持续混合约2小时，形成颜料溶胶。混合后，使该颜料溶胶冷却，滗析除去过量的液体，颜料溶胶通过冷冻干燥或转鼓干燥，形成颜料粉。然后将颜料粉在球磨中碾磨约2小时，破碎团聚体。 
实施例2.复合物 
颜料粉与聚丙烯聚合物基质混合。在一个30mm，40∶1 L/D，ZSK-30的共 旋转的互相啮合双挤出机(co-rotating intermeshing twin extruder)(Werner& Pfleidered)中，以400rpm转速进行混合。区温度设定点在第一区从388℉逐步升高至450℉，模头温度设定在450℉。将粉末形式的聚丙烯与红色染料勃母石混合，这种勃母石是按照实施例1的方法由针形勃母石和CIBACROM HD200％在一个塑料包中形成。将该混合物置于双挤出机的原料漏斗中，进料速度约为20磅/小时。 
使用Van Dorn 120HT设备，通过模塑形成样品，该设备装备有直径38mm(1.5英寸)的标准3-环带螺杆，压缩比为3∶1。在螺杆尖部是锁环(check ring)以减少注射时的返流。用三个加热带对筒进行电加热，喷嘴也用加热带进行加热。温度分布为在进料口的380℉上升至喷嘴处的440℉。 
将模具水冷却至80℉。夹持力(clamping force)设定为约78吨。剂量大小(dosage size)为1.1英寸，该剂量大小与约1.7立方英寸(cuin)的实际注射体积相关。注射后，保持压力(hold pressure)约为1000-1200psi，保持时间约为10秒。 
参见图1，包含聚丙烯和具有共价结合的染料的针形勃母石的复合物与聚丙烯相比，提高了相对挠曲模量。如图1所示，与不含颜料的聚丙烯相比，具有3重量％的颜料的复合物证实相对挠曲模量提高了约15％，含10重量％颜料的复合物的相对挠曲模量提高了约21％。 
在示例的实施方式中，加颜料的聚丙烯显示提高了冲击强度。例如，参见图2，比较了包含聚丙烯和不同固体负载的具有共价结合的染料的勃母石的复合物的冲击强度与包含聚丙烯和勃母石但不含共价结合的染料的复合物的冲击强度。如图2所示，与相等固体负载的勃母石但没有共价结合的染料的样品相比，加入染料的各复合物证实提高了冲击强度。 
在特定的实施方式中，包含聚丙烯和颜料的复合物显示提高了相对百分结晶度。参见图3，比较了聚丙烯以及包含聚丙烯和不同负载百分量的具有共价结合的染料的勃母石的复合物的相对百分结晶度。如图3所示，具有5重量％勃母石和共价结合的染料的复合材料与非复合物的聚丙烯样品相比，证实相对百分结晶度提高了约11％，包含10重量％的具有共价结合的染料的勃母石的复合物样品的相对百分结晶度提高了约9％。 
参见图4，比较了聚丙烯以及包含聚丙烯和颜料的复合物的T50。如图4所示，与非复合物的聚丙烯样品相比，证实具有3.0重量％的颜料的复合物的 T50提高了1.29％。与非复合物的聚丙烯样品相比，证实包含5.0重量％的颜料的复合物样品的T50提高了3.22％，包含10.0重量％的颜料的复合物样品的T50提高了10.9％。 
本发明的各方面能够将勃母石颗粒材料用于各种诸多应用，如需要较高硬度和/或涉及高温处理如氟化聚合物的熔融处理的应用。本颜料具有的阻燃性、UV保护、耐候性、耐化学品性、热导性和电阻的各种性质，使该颜料成为重要的工业原料。其他用途包括如作为纸的添加剂、喷墨印刷中的油墨吸收剂、过滤介质或作为用于电子工业的化学机械抛光的磨料。 
虽然在具体实施方式的内容中对本发明进行描述和说明，但是本发明并不受示出的细节的限制，因为在不偏离本发明的范围下可以进行各种修改和替代。例如，可以提供另外的或等价的替代物，并可使用另外的或等价的生产步骤。同样，对本领域技术人员，可以不使用超出常规的试验就能对本文揭示的本发明进行修改和等价替代，并且可以认为所有的修改和等价替代都在由权利要求书限定的本发明的范围之内。 

Claims (25)

1.一种颜料，其包含水合氧化铝颗粒材料和染料，该染料直接共价结合到该水合氧化铝颗粒材料的表面上的羟基中的氧原子上。
2.如权利要求1所述的颜料，其特征在于，所述染料选自以下组：蒽染料、偶氮染料、吖啶染料、吖嗪染料、噁嗪染料、噻嗪染料、喹啉染料、聚甲炔染料、腙染料、三嗪染料、卟啉染料、紫菜嗪染料、硫化染料、喹吖啶酮染料、甲
Figure FSB00000803302300011
染料、硝基染料、亚硝基染料、偶氮甲碱染料和多元醇染料。
3.如权利要求2所述的颜料，其特征在于，所述染料是三嗪染料。
4.如权利要求1所述的颜料，其特征在于，所述染料替代羟基中的氢共价结合在水合氧化铝颗粒材料的表面上。
5.一种复合材料，包括：
聚合物基质；
分散在聚合物基质中的颜料，该颜料包含水合氧化铝颗粒材料和染料，该染料直接共价结合到水合氧化铝颗粒材料的表面上的羟基中的氧原子上。
6.如权利要求5所述的复合材料，其特征在于，所述水合氧化铝颗粒材料主要包括选自以下的一种形状的颗粒：小片形颗粒、针形颗粒和椭圆形颗粒。
7.如权利要求5所述的复合材料，其特征在于，以所述复合材料的总重量为基准，该复合材料包含2-25重量％的颜料。
8.如权利要求5所述的复合材料，其特征在于，所述聚合物基质选自以下组：聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯和纤维素。
9.如权利要求5所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的相对挠曲模量与不含水合氧化铝颗粒材料的聚合物基质的相对挠曲模量相比，提高了至少5％。
10.如权利要求5所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的冲击强度比具有相等负载的水合氧化铝颗粒材料但不含共价结合的染料的复合材料高至少5％。
11.如权利要求5所述的复合材料，其特征在于，与不含水合氧化铝颗粒材料的聚合物基质相比，对具有至少5重量％的水合氧化铝颗粒材料的复合材料，其相对百分结晶度提高了至少5％。
12.如权利要求5所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的T50温度比不含合氧化铝颗粒材料的聚合物基质提高至少1％，所述T50温度是在热解重量分析中样品的重量为原重量的一半时的温度。
13.一种复合材料，包括：
加入了颜料的聚合物基质，该颜料包含直接共价结合到勃母石颗粒材料表面上的羟基中的氧原子上的三嗪染料，所述勃母石颗粒材料的比表面积不大于250m2/g，平均粒度不大于1000纳米。
14.如权利要求13所述的复合材料，其特征在于，所述三嗪染料替代羟基中的氢原子共价结合在水合氧化铝颗粒材料的表面上。
15.一种形成颜料的方法，该方法包括：
提供包含水合氧化铝颗粒材料的浆料；和
加入染料和浆料，形成颜料浆，所述染料包含具有促进与水合氧化铝颗粒材料的表面上的羟基氧原子直接共价结合的结构的官能团。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述提供浆料的步骤包括在水溶液中提供不大于30重量％的水合氧化铝颗粒材料。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述提供浆料的步骤包括提供pH不大于7.0的浆料。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，该方法还包括对浆料加热至25-100℃的温度。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，该方法还包括形成不大于10重量％的染料在水溶液中的染料溶液；所述加入染料的步骤包括加入染料溶液。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述染料是三嗪染料。
21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述官能团包括卤素官能团。
22.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述染料包括硫酸根合乙基砜官能团。
23.如权利要求15所述的方法，其特征在于，促进共价结合包括促进亲核取代。
24.一种形成复合材料的方法，该方法包括：
将颜料和聚合物混合，形成聚合物混合物，该颜料包含水合氧化铝颗粒材料和与该水合氧化铝颗粒材料的表面上的羟基中的氧原子直接共价结合的染料；和
将聚合物混合物熔化，形成复合材料。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述染料包括三嗪染料。
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