CN110845765A - 一种疏水功能包覆的颗粒材料及其制备方法 - Google Patents

一种疏水功能包覆的颗粒材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种疏水功能包覆的颗粒材料及其制备方法，它涉及一种疏水功能包覆的颗粒材料及其制备方法。此所述的颗粒材料一般作为填料而广泛使用的，包括白炭黑、石英粉/砂、碳酸钙、滑石粉、煅烧高岭土、硫酸钡、硅灰石、云母粉、珍珠岩等颗粒。通常这些颗粒材料为亲水性的/吸湿性的。本发明不仅解决了这些易吸湿颗粒材料在常温常压的大气环境或高湿度的条件下储存、运输和使用时会吸收空气中水分的问题，而且有效地解决了这些颗粒粉体在亲油体系不易分散的特性，亲油体系可以包括树脂、橡胶、有机溶剂等。

Description

一种疏水功能包覆的颗粒材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种疏水功能包覆的颗粒材料及其制备方法。此所述的颗粒材料通常为亲水的材料。
背景技术
亲水颗粒填料表面由于各种官能团的存在，使其与填料内部的化学结构差别很大。大多数填料具有一定的酸碱性，表面有亲水性基团，并呈极性；而被填充体系，如，树脂、橡胶、有机溶剂则通常呈疏水性。因此两者之间的相容性差，为了改善填料和被填充基体间的界面结合，必须采用适当的方法对填料表面进行包覆改性处理，这对于改善聚合物复合材料的最终性能至关重要。
表面改性是优化亲水颗粒材料性能的关键加工技术之一，对提高颗粒的应用性能和价值有至关重要，是促进颗粒材料持续健康绿色发展的需要。
颗粒表面改性材料也是填料企业自身发展的需要。企业的目标是盈利，与其在低端市场拼命挣扎，不如想办法提高产品的附加值，让自己的产品价格卖得更高，应用市场更加广阔。表面改性不仅可提高产品的附加值，更是拓宽颗粒材料应用市场的重要手段。例如：碳酸钙、石英粉、高岭土、硫酸钡等亲水颗粒材料在塑料、橡胶、粘结剂、涂料、化妆品等高分子材料工业及高聚物基复合材料领域占有重要地位。通过表面改性可以有效改善颗粒与高分子有机物及有机溶剂的相容性，使其由一般增量填料变为功能性填料。
在不影响塑料、橡胶、涂料等原有化学性能及物理性能的前提下，尽可能多的增加颗粒填充比例，以节约生产成本，这是涂料、塑料、橡胶、化妆品等下游行业想要的，也是颗粒填料企业必须要做的。
目前对于亲水颗粒材料疏水包覆处理主流采用的方法和技术为湿法，比如，发明专利CN101367548（一种疏水性纳米二氧化钛粉体的制备方法、发明专利CN101134852 （一种无机粉体有机表面改性的方法）、申请公布号CN102352132A（一种疏水性碳酸钡的制备方法）、发明专利 CN106085070A（一种低表面能微纳米涂层材料及其制备方法）、申请公布号CN108314949A（一种含纳米二氧化钛的超疏水表面涂层材料及其制备方法）等。这些技术包覆处理成本高、工艺复杂、处理时间长（有费时费工的后处理），并且还存在安全、溶剂回收、环保等问题，实施困难，成本高。所以，开发一种无毒无害、安全环保、操作方便、性价比高的包覆技术和方法就显得很迫切。
发明内容
本发明的目的在于提供一种疏水功能包覆的颗粒材料及其制备方法，从而可以解决上述问题。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种疏水功能包覆的颗粒材料，其特征在于：包括核心及包覆在所述核心外部的包覆层，所述核心为具有亲水性的颗粒材料中的一种或多种，所述包覆层为固态的一种或多种低表面能有机分子材料热分解后产生的特定气相有机成分与具有亲水性的颗粒材料混合反应得到的具有疏水性的反应物。
优选的，所述的反应物为聚合反应物或再聚合反应物。
优选的，所述低表面能有机分子材料为均聚物或多单体共聚高分子。
优选的，所述低表面能有机分子材料为橡胶、烯烃类、有机硅类和聚丙烯酸酯类等中的一种或多种混合，同类材料的混合为具有不同化学成分或不同结构或不同分子量材料的混合。
优选的，所述烯烃类材料为聚烯烃、所述有机硅类材料为聚硅氧烷和所述聚丙烯酸酯类材料为聚丙烯酸酯。
优选的，所述低表面能有机分子材料的形状为块状、片状、条状、颗粒状、粉状中的一种或多种。
优选的，所述具有亲水性的颗粒材料为碳酸钙、白炭黑、石英粉、硅微粉、滑石粉、硅灰石、云母、硫酸钡等中的一种或多种。
注：此若不加等，则可能会让人理解为我们只能改性这几种能够材料，其实此工艺可以应用于其它很多种亲水颗粒材料的。
优选的，所述具有亲水性的颗粒材料的粒径为10nm-80000μm，所述包覆层的厚度为1-20nm。
优选的，所述具有亲水性的颗粒材料的粒径为5μm-200μm，所述包覆层的厚度为1-10nm。
一种特殊功能包覆的颗粒材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将低表面能合成或结构的有机分子材料加工成块状或片状或条状或颗粒状或以上形状混合；
步骤二，将加工好的低表面能合成或结构的有机分子材料置于温度可控的加热腔体内，加热至分解产生特定气相有机成分；
步骤三，将分解产生的所述特定气相有机成分与具有亲水性的颗粒材料混合反应形成具有疏水性的特殊功能包覆的颗粒材料；
步骤四，将所述疏水功能包覆的颗粒材料冷却后出料。
一种疏水功能包覆的颗粒材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将低表面能合成或结构的有机分子材料加工成块状或片状或条状或颗粒状或以上形状混合；
步骤二，将具有亲水性的颗粒材料与加工好的所述低表面能合成或结构的有机分子材料混合置于温度可控的加热腔体内，加热至所述特定合成或结构的有机分子材料的分解温度产生特定气相有机成分；
步骤三，分解产生的所述特定气相有机成分与具有亲水性的颗粒材料混合反应形成具有疏水性的特殊功能包覆的颗粒材料；
步骤四，将所述特殊功能包覆的颗粒材料冷却后出料。
优选的，步骤二中，所述低表面能合成或结构的有机分子材料加热分解产生特定气相有机成分的温度范围为80-350oC。
优选的，步骤三中，所述特定气相有机成分与具有亲水性的颗粒材料混合反应的时间为5-3600s。
优选的，步骤三中，所述特定气相有机成分与具有亲水性的颗粒材料混合反应的时间为20-1800s。
优选的，所述加热腔体内的气氛为空气或惰性气体。
优选的，所述惰性气体为氮气或氩气。
相较于现有技术，本发明疏水成分功能包覆的颗粒材料及其制备方法具有以下优点：
1、本发明包覆材料为无毒、无害、环境友好的材料 ，并且包覆处理工艺中也不涉及任何液体材料及溶剂使用，无废气、无废水、无溶剂及无危险固废产生、绿色环保、安全。
2、本发明包覆均匀和完全。
3、本发明包覆层具有高疏水，有效的减少颗粒材料在生产、运输及存储中的吸湿，并且在亲油性的介质，如树脂、橡胶及有机溶剂中有非常良好的分散性。
4、本发明包覆工艺温度较低，时间短，有效节约了生产成本。
5、本发明工艺简洁、操作方便、快速、设备投入低、处理成本低、安全性及环保性突出。
附图说明图1为珍珠岩粉包覆前后疏水性的对比图。
图2为碳酸钙粉包覆前后疏水性的对比图。
具体实施方式
下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本发明一种疏水成分功能包覆的颗粒材料，包括包覆层以及设置于包覆层中的核心，核心包括至少一种不同成份的颗粒材料，包覆层的材料选自以下低表面能合成或结构的有机分子材料中至少一种热分解产生的特定气相有机成分的反应物，如橡胶、聚烯烃、聚硅氧烷、聚丙烯酸酯等，颗粒材料选自常规的亲水颗粒粉体材料，如，碳酸钙、白炭黑、石英粉、硅微粉、滑石粉、硅灰石、云母、硫酸钡等。
低表面能合成或结构的有机分子材料混合也可以是同类材料但具有不同化学成分、或不同化学结构、或分子量的混合，可以是均聚物，也可以是多单体共聚物，可以是无交联的，也可以是部分交联的，或无交联的，可以是发泡的，也可以是不发泡的。
颗粒材料为亲水材料中的一种或多种。
包覆层的厚度为1nm-20nm，更优选的，包覆层的厚度为1nm-10nm。
核心的粒径为10nm-80000μm，优选的，核心的总粒径为10nm -200μm，更优选的，核心的总粒径为5μm -200μm。颗粒粉体材料为亲水性的。
本发明实施例提供一种疏水成分包覆的颗粒材料的制备方法，其包括以下步骤：
提供至少一种成份的核心颗粒，每一种成份的材料选自亲水颗粒材料的一种；
材料包覆工艺：步骤一，将低表面能合成或结构的固态有机分子材料加工成表面积较大的形状，或块状或薄片或成细小条状或颗粒或混合形状；步骤二，将加工后的低表面能合成或结构的有机分子材料置于加热腔体内加热分解；步骤三，将分解产生的特定气相有机成分与亲水颗粒进行快速充分混合反应，气相有机成分进行反应包覆颗粒材料；步骤四，冷却出料就得到了表面疏水的颗粒材料。
或步骤二中直接将加工后的低表面能合成或结构的有机分子材料与亲水颗粒混合后一起加热至特定分解温度，充分混合反应约5-3600s进行包覆反应。
加热温度，取决于所用低表面能合成或结构的有机分子材料，一般为80-350oC。具体的分解温度范围可以用TGA（Thermogravimetric Analysis，热重分析）、GC-MS（GasChromatography-Mass Spectrometry，气相色谱-质谱）、IR（Infra-red，红外光谱）、NMR（Nuclear Magnetic Resonance，核磁共振）等分析来确定。
每一核心颗粒中的粒径为微纳米级，优选的，每一核心颗粒的粒径5μm -200μm。
包覆处理的优选厚度为1-10nm，混合反应优选时间为20-1800s。
实施例1：
取珍珠岩粉50g，表面包覆工艺为：取颗粒状发泡天然橡胶1g与颗粒状特定合成的聚三氟丙基甲基聚硅氧烷1g混合，放置于一温控加热腔体内，加热至250-350oC得到气相有机成分，与珍珠岩粉体混合反应约720-1800s，冷却后得到疏水亲油包覆的珍珠岩粉。
图1为珍珠岩粉包覆前后疏水性的对比图。
实施例2：
取碳酸钙粉体材料约50g，表面包覆工艺为：取颗粒状共聚氟橡胶1g与特定合成的聚甲基苯基硅氧烷约1g混合，其中特定合成的聚甲基苯基硅氧烷中的苯基含量为15-20mol%，然后与碳酸钙粉体材料一起加热，加热至250-350oC，包覆反应约720-1800s，冷却后得到包覆的碳酸钙粉体材料。
图2为碳酸钙粉包覆前后疏水性的对比图。
以上所述是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种疏水功能包覆的颗粒材料，其特征在于：包括核心及包覆在所述核心外部的包覆层，所述核心为具有亲水性的颗粒材料中的一种或多种，所述包覆层为固态的一种或多种低表面能的有机分子材料热分解后产生的特定气相有机成分与具有亲水性的颗粒材料混合反应得到的具有疏水性的反应物。
2.根据权利要求1所述一种疏水功能包覆的颗粒材料，其特征在于：所述低表面能有机分子材料为均聚物或多单体共聚物。
3.根据权利要求2所述一种疏水功能包覆的颗粒材料，其特征在于：所述低表面能有机分子材料为橡胶、烯烃类、有机硅类和聚丙烯酸酯类等中的一种或多种混合，所述混合为具有不同化学成分或不同结构或不同分子量材料的混合。
4.根据权利要求3所述一种低表面能功能包覆的颗粒材料，其特征在于：所述烯烃类材料为聚烯烃、所述有机硅类材料为聚硅氧烷和所述聚丙烯酸酯类材料为聚丙烯酸酯。
5.根据权利要求3所述一种疏水功能包覆的颗粒材料，其特征在于：所述特定有机分子材料的形状为块状、片状、条状、颗粒状、粉状中的一种或多种。
6.根据权利要求3所述一种疏水功能包覆的颗粒材料，其特征在于：所述具有亲水性的颗粒材料为碳酸钙、白炭黑、石英粉、硅微粉、滑石粉、硅灰石、云母、硫酸钡等中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述一种疏水功能包覆的颗粒材料，其特征在于：所述具有亲水性的颗粒材料的粒径为10nm-80000μm，所述包覆层的厚度为1-20nm。
8.根据权利要求7所述一种疏水功能包覆的颗粒材料，其特征在于：所述具有亲水性的颗粒材料的粒径为5μm-200μm，所述包覆层的厚度为1-10nm。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述疏水功能包覆的颗粒材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将低表面能合成或结构的有机分子材料加工成块状或片状或条状或颗粒状或以上各种形状混合；
步骤二，将加工好的低表面能合成或结构的有机分子材料置于温度可控的加热腔体内，加热至分解产生特定气相有机成分；
步骤三，将分解产生的所述特定气相有机成分与具有亲水性的颗粒材料混合反应形成具有疏水的特殊功能包覆的颗粒材料；
步骤四，将所述特殊功能包覆的颗粒材料冷却后出料。
10.一种如权利要求1-8中任一项所述疏水功能包覆的颗粒材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将低表面能合成或结构的有机分子材料加工成块状或片状或条状或颗粒状或以上形状混合；
步骤二，将具有亲水性的颗粒材料与加工好的所述低表面能合成或结构的有机分子材料混合置于温度可控的加热腔体内，加热至所述低表面能合成或结构的有机分子材料的分解温度产生特定气相有机成分；
步骤三，分解产生的所述特定气相有机成分与具有亲水性的颗粒材料混合反应形成具有疏水性的特殊功能包覆的颗粒材料；
步骤四，将所述疏水功能包覆的颗粒材料冷却后出料。
11.根据权利要求9或10所述疏水功能包覆的颗粒材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述低表面能合成或结构的有机分子材料加热分解产生特定气相有机成分的温度范围为80-350oC。
12.根据权利要求11所述疏水功能包覆的颗粒材料的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述特定气相有机成分与具有亲水性的颗粒材料混合反应的时间为5-3600s。
13.根据权利要求12所述特殊功能包覆的颗粒材料的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述特定气相有机成分与具有亲水性的颗粒材料混合反应的优选时间为20-1800s。
14.根据权利要求13所述疏水功能包覆的颗粒材料的制备方法，其特征在于：所述加热腔体内的气氛为空气或惰性气体。
15.根据权利要求14所述疏水功能包覆的颗粒材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气或氩气。
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