CN1367767A - 用于塑料和树脂的玻璃类填料及其生产方法 - Google Patents

用于塑料和树脂的玻璃类填料及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种填料(1),其含有用胶粘剂上胶的以玻璃为主要成分的颗粒(2),其中每个颗粒(2)由大量用胶粘剂(4)将彼此聚集起来的破碎玻璃片段(3)构成,该胶粘剂特别地含有一种选自烷基硅酸酯,特别是氨基硅烷的化合物。该方法包括破碎步骤(6),其中通过破碎将玻璃材料减小成片段;配量步骤(7),其中形成一种包含所述片段(3)和胶粘剂(4)的混合物;以及聚集步骤(8),其中该混合物进行干燥,以便生成每个都包含大量片段(3)和干燥胶粘剂(4)部分的颗粒。

Description

用于塑料和树脂的玻璃 类填料及其生产方法
本发明的目的是用于塑料和树脂的玻璃类填料及其生产方法。
正如人们所知道的，“填料”在以树脂，特别是酚醛树脂，和塑料为主要成分的物品和产品的总组成中具有非常大的作用，特别是采用模压操作制造这些物品和产品时更是如此。
填料是通常加入这些聚合物中的添加材料，根据情况不同，这种材料可以完成单一的填充作用，或重要的增强作用。
按照重量百分数，填料的量甚至可以非常高，例如40％，这些填料可以决定性地影响所制造物品的物理-化学特性。
在现有的各种不同的填料中，玻璃类的填料是非常重要的，也是非常广泛使用的，一类熟知的玻璃填料由基本上呈球形玻璃状的微小单元组成，这些单元在下面称之微珠或微粒，它们的最大直径是非常小的，例如十分之一或百分之一毫米级。
包裹这些玻璃微珠或微粒的聚合物或“基体”可得到其耐磨强度、冲击强度、抗压强度、抗弯强度有改善的物品，它们还具有不渗透性以及增大的耐酸、耐溶剂性。
利用所述玻璃微珠或微粒作为填料所得到的其他优点是电性质和热性质的总体改善。
由于在模子中的收缩减小，模压操作明显获得改善，并且得到比较光滑、比较精美的模子表面。
由此还导致成本与所添加微珠的成本和数量成比例地降低。
可惜地，不可能只往所述的塑料或酚醛树脂材料或基体中添加这些玻璃微珠。
事实上，这些微珠需要使用称之“胶粘剂(ensimage)”的物质进行表面预处理，这些物质在玻璃与基体之间起粘合剂的作用，以便保证完美、持久地粘附在玻璃上。在公认最有效的胶粘剂中，有通常称之“硅烷”的那些胶粘剂。构成这些特定的胶粘剂的分子有一部分对玻璃微珠具有亲合性，另一部分能够与基体进行共聚合。
实际上，所述的微珠或微粒基本上是用涂敷适当类型胶粘剂的玻璃制成的。
上述的已知技术明显地具有优点和缺陷。如已经明确指出的，这些优点在于含有所述微珠成品的质量获得改善。这些缺陷在于某些生产上的困难和所述微珠的成本。
事实上，这些微珠或微粒应该具有非常确定的尺寸。特别地，构成它们的玻璃微粒应该尺寸很小，是十分之一至百分之一毫米。为了生产这样的微粒，应该配置非常昂贵的装置和设备。
另外，胶粘剂的后期应用引入了一个在玻璃制件生产步骤中的附加步骤，并且明显地增加了成本。
这些生产和胶粘剂应用的高成本产生的结果是增加成品的成本，大大降低了所述填料的利用。
事实上，不应该忘记，加入塑料中的填料往往认为是能够简单有效地降低在模压操作中所使用材料的总成本的填充物。
其他的缺陷其实来自于微珠或颗粒与基体的结合并不总是最佳，尽管使用了胶粘剂。从这个观点来看，确实希望在玻璃与聚合物之间达到比较好的粘附作用。
因此本发明的技术目的是主要减少上述缺陷，特别是与所述微珠或微粒生产成本与方法，以及这些微珠或微粒与包裹它们的基体的结合能力相关的缺陷。
该目的可以通过用于塑料和树脂，特别是酚醛树脂的玻璃类填料达到，这类填料包含有胶粘剂的玻璃材料颗粒，其特征在于每种所述颗粒含有大量用所述胶粘剂将其彼此聚集在一起的玻璃材料片段。
根据有利的特征：
·所述的胶粘剂含有一种选自烷基硅酸酯的化合物。
·所述的胶粘剂是一种氨基硅烷，特别是式NH2-R’-Si(OR)3的氨基硅烷，式中：
-R’代表任选取代的饱和或未饱和的、直链或支链的烃链，有利地含有1-20个碳原子，特别是2-8个碳原子，优选地是亚烷基链，
-R代表烷基，优选地是1-5个碳原子的烷基。
特别优选的硅烷是氨基丙基三乙氧基硅烷NH2(CH2)3Si(OC2H5)3。
·所述颗粒的平均最大粒径是20-60微米，并且所述颗粒包含至少两种片段。
·所述片段的平均最大直线尺寸是5-15微米。
·所述片段是玻璃的，特别是“E”类玻璃。
·所述片段是磨碎的玻璃。
·所述片段是玻璃丝部分。
·胶粘剂的量基本上是每1000重量份干玻璃材料为5-50份，特别地是5-25份。
·胶粘剂还含有无机粘合剂，如粘土或粘土混合物。
本发明还有一个目的是这种填料的生产方法，其特征在于该方法包括：破碎步骤，其中玻璃材料减小成片段；配量步骤，其中生成一种包含所述片段和胶粘剂的混合物；以及聚集步骤，其中所述片段和胶粘剂的混合物进行干燥，以便形成每个都包含大量所述片段和所述干燥胶粘剂部分的密实颗粒。
根据有利的特征：
·所述的破碎步骤前进行选择步骤，在该选择步骤，选择来自生产废料和碎料(边角料)的玻璃丝以用于所述破碎步骤。
·所述的破碎步骤持续直到得到片段的平均最大直线尺寸为5-15微米。
·在所述的破碎步骤过程中，玻璃材料添加水和流化剂和/或无机粘合剂，例如粘土，像膨润土。
·在所述的破碎步骤过程中，所述的片段与胶粘剂混合，该胶粘剂选自烷基硅酸酯，特别是氨基硅烷。
·在所述的配量步骤过程中，所述胶粘剂的用量是每1000重量份干玻璃材料为5-50份。
·在所述的聚集步骤过程中，所述的片段和胶粘剂的混合物升温到干燥温度，其干燥温度是125-145℃。
·在加热的容器中实施所述的聚集步骤，其中，使用压缩空气将所述的片段与胶粘剂混合物注入所述的容器中，以便形成其平均最大粒径为20-60微米的颗粒。
作为非限制性实施例，我们现在描述一个玻璃类填料的优选实施方式，该方式用附图予以说明，其中：
-图1以非常图解地、非常放大的方式证明构成本发明填料的颗粒结构；以及
-图2表明了生产图1颗粒的方法的基本步骤顺序。
参看这些附图，在图2框内，用标记1以整体和图示方式表示了本发明填料的总体情况。
填料1一般是由颗粒构成的这种类型，这些颗粒特点为直径非常小的基本为球形的单元或微珠或微粒，在这里，它们由有胶粘剂的玻璃组成。正如前面已经指出的，这些颗粒被埋入塑料和酚醛树脂中，以便改善它们的多种特性。
特别地，如图1所看到的，填料1有利地由颗粒2构成，而颗粒2的结构为复合类型结构。
事实上，每个颗粒2主要由大量玻璃片段3构成，这些片段3彼此通过胶粘剂4被聚集起来，该胶粘剂包括优选地选自在试验上已证明具有很高效力的特定硅烷的胶粘剂：烷氧基硅烷、烷基硅酸酯。
在烷基硅酸酯中，优选的是氨基硅烷NH2-R’-Si(OR)3，式中R’代表烷基，R代表有机基团，更特别地是式NH2-(CH2)-Si(OC2H5)3氨基硅烷。
在将片段3彼此结合起来的胶粘剂4中含有的硅烷，其量基本上是每1000重量份干玻璃为5-25重量份。
颗粒2的平均最大粒径是20-60微米，并且该颗粒含有至少两个片段3。由于胶粘剂具有形成滴的趋势，颗粒2结构密实，颗粒2的最大粒径应当理解是在颗粒发育最大方向所量取的最大直径。
片段3相反地具有特别不规则的剖面，其平均最大直线尺寸是5-15微米，优选地等于10微米。
本发明的另外一个方面在于片段3为破碎的玻璃。例如，不排除其他类型的玻璃，它们可以是采用破碎得到的“E”类玻璃丝部分。
如人们所知道的，“E”类玻璃是具有极佳强度质量和高弹性模量，以及高熔点的玻璃。该玻璃可确定是硼硅酸钙和硼硅酸铝，其特征在于它的碱金属含量非常低。
可以使用以不同直径玻璃丝混合的玻璃丝，这些直径优选地不低于10微米。
总体上，作为破碎玻璃优选组合物而给出的实例，可以给出填料1的下述组成：
-氨基硅烷NH2(CH2)3Si(OC2H5)3       ：1.95重量％
-二氧化硅SiO2                            ：71.5重量％
-氧化钠Na2O                              ：13.43重量％
-碳酸钙CaO                                 ：9.6重量％
-氧化镁MgO                                 ：3.23重量％
-氧化铝Al2O3                            ：0.39重量％
-铁氧化物FeO/Fe2O3                      ：0.2重量％
-氧化钾K2O                               ：0.1重量％
如此生产颗粒2的成本最低，因为它们只是由破碎玻璃构成，并且它们具有保证与聚合物基体最大联结所固有的粗糙结构，不过没有带来过度的不规则性。事实上，片段3被包入部分胶粘剂4中，还与其他片段连接，以便在总体上确定了紧密的形状。
颗粒2的有利特征是，一旦生产了这些颗粒，就没有必要用胶粘剂进行处理：胶粘剂已经存在于聚集片段3的粘合剂中。
本发明还包括一种新的制造玻璃类填料的方法。
该方法由多个步骤组成。首先，有一个用标号5表示的选择步骤，其中选择能够经受后续操作的玻璃类型。
例如选择“E”类玻璃，优选地选自来自生产废料和碎料的玻璃丝，例如商标“Borosil”玻璃丝，它们由在湿丝的纤化操作过程中得到的湿玻璃碎料(用标号5a图示表示)组成。
然后，选择的玻璃经过破碎步骤6处理，其中将其玻璃减小成片段。
例如在采用“Allubit”类湿法的破碎机中进行破碎，即用于破碎陶瓷的，并带Allubit涂层(烧结氧化铝)的旋转圆筒的已知破碎机，在该圆筒内有由不同直径的Allubit球组成的破碎填料。
玻璃丝随水和膨润土一起加入到简单地用标号6a表示的两个圆筒的这些破碎机中。
膨润土是一种人们熟知的天然混合物，它主要由粘土矿物组成，而这些矿物具有在湿状态时是流化剂，而在干燥状态下是粘合剂的性质。
在破碎机中，破碎物料由基本上百分之一重量的膨润土和其余料组成，该其余料由等份数的玻璃和水构成。
膨润土和水有利于玻璃破碎，膨润土能使玻璃在水中保持呈悬浮状。如果破碎十吨玻璃，例如这种破碎进行达20小时，直到得到平均最大直线尺寸为5-15微米的玻璃片段。
优选地，这种尺寸基本上是等于10微米。
在破碎之后，可以进行辅助步骤，如过滤、去铁、储存在槽中。
如果破碎的材料回收到特别指明的槽中，为了避免生成相对密实的难以使用的玻璃块，重要的是保持搅拌，以及考虑水的损失。
然后进行配料步骤7，其中制备包括任选地带有部分膨润土的片段3，和优选地选自烷基硅酸酯，特别是氨基硅烷的胶粘剂化合物的混合物。这种润滑剂(硅烷)的量是每1000重量份干玻璃为5-25份。由现有的膨润土与这些片段和硅烷形成的整体构成本发明意义上的片段胶粘剂。
如果玻璃回收在槽中，优选地从槽中取出确定量的玻璃，例如一立方米的玻璃，并且简单地将所述量的添加剂加入进行配料。
为了避免组分分离，非常仔细地处理混合物，特别是让混合物保持快速搅拌，例如使用每分钟80-160转的旋转桨叶快速搅拌。
然后进行聚集步骤8，其中所述片段和胶粘剂的混合物进行干燥，优选地采用雾化作用进行干燥，以便生成每个都包括大量片段和干燥的胶粘剂部分的密实颗粒2。
为了实施这个步骤8，片段和胶粘剂的混合物在干燥温度125-145℃，优选地140℃下进行处理。
在一种加热容器中可达到这个温度，其中借助压缩空气注入混合物，以便形成如已经明确指出的具有平均最大粒径为20-60微米的颗粒2。
详细地，例如可预先考虑的是混合物经抽吸，然后采用压缩空气雾化器注入到安装有甲烷燃烧器的干燥器中。
优选温度140℃除去残留的水，首先引起胶粘剂的硅烷反应，在固化的同时，该反应造成片段3聚集成颗粒2，还使参与聚集作用的残留膨润土固化。
在表示聚集作用8框内示出的如此制造的填料1可以传送到调节步骤9。
尤其可以打算在袋10中包装，或在1000千克大袋11中包装。
该方法还能够以不特别复杂的不同步骤制造填料1，它们也不需要非常昂贵的复杂装置。
本发明有许多重要的优点。
事实上，借助与为促进玻璃与塑料或酚醛树脂连接所使用的同样胶粘剂，将破碎玻璃片段聚集形成颗粒的原始结构，可省去了最后在微珠上涂布胶粘剂的步骤。
这些颗粒还降低了成本，因使用的原料其大多数只是玻璃片段，其生产方法不包括需要庞大设备的制备步骤。
生产的颗粒是致密而粗糙的，因此能够与塑料极佳粘结，不会使塑料过度粗糙。
前面以优选实施方式描述的本发明还可以有许多修改与变通，这些都在本发明概念的范畴之中。特别地，本发明考虑到只是硅烷用于构成聚集片段3的胶粘剂的情况，可以采用在干燥状态下不具有粘合性质的流化剂帮助破碎。
另外，其它细节可以用相应的要素替代。

Claims (17)

1、用于塑料和树脂的玻璃类填料(1)，这类填料包含有胶粘剂的玻璃材料颗粒(2)，其特征在于每种所述颗粒含有大量用所述胶粘剂(4)将彼此聚集的玻璃材料片段(3)。
2、根据权利要求1所述的玻璃类填料，其中所述的胶粘剂含有一种选自烷基硅酸酯的化合物。
3、根据上述权利要求中一个或多个权利要求所述的玻璃类填料，其中所述的胶粘剂是一种氨基硅烷，特别是式NH2(CH2)3Si(OC2H5)3的氨基硅烷。
4、根据上述权利要求中一个或多个权利要求所述的玻璃类填料，其中所述颗粒(2)的平均最大尺寸是20-60微米，并且所述颗粒包含至少两种所述片段(3)。
5、根据上述权利要求中一个或多个权利要求所述的玻璃类填料，其特征在于所述片段(3)的平均最大直线尺寸是5-15微米。
6、根据上述权利要求中一个或多个权利要求，特别是权利要求1所述的玻璃类填料，其中所述片段(3)是玻璃的，特别是“E”类玻璃。
7、根据上述权利要求中一个或多个权利要求所述的玻璃类填料，其中所述片段(3)是磨碎的玻璃。
8、根据上述权利要求中一个或多个权利要求所述的玻璃类填料，其中所述片段(3)是玻璃丝(5a)部分。
9、根据上述权利要求中一个或多个权利要求所述的玻璃类填料，其中所述胶粘剂的量基本上是每1000重量份干玻璃材料为5-50份。
10、用于塑料和树脂的玻璃类填料的生产方法，其特征在于该方法包括：破碎步骤，其中玻璃材料减小成片段；配量步骤，其中形成一种包含所述片段和胶粘剂的混合物；以及聚集步骤，其中所述片段和胶粘剂的混合物进行干燥，以便形成每个都包含大量所述片段和所述干燥胶粘剂部分的密实颗粒。
11、根据权利要求10所述的方法，其中所述的破碎步骤之前进行选择步骤，在该选择步骤，选择来自生产废料和碎料的玻璃丝以用于所述破碎步骤。
12、根据权利要求10或11中一个或多个权利要求所述的方法，其中所述的破碎步骤持续直到得到片段的平均最大直线尺寸为5-15微米。
13、根据权利要求10-12中一个或多个权利要求所述的方法，其中在所述的破碎步骤过程中，玻璃材料添加水和流化剂和/或无机粘合剂，例如膨润土。
14、根据权利要求10-13中一个或多个权利要求所述的方法，其中在所述的配量步骤过程中，所述的片段与胶粘剂混合，该胶粘剂选自烷基硅酸酯，特别是氨基硅烷。
15、根据权利要求10-14中一个或多个权利要求所述的方法，其中在所述的配量步骤过程中，所述胶粘剂的用量是每1000重量份干玻璃材料为5-50份。
16、根据权利要求10-15中一个或多个权利要求所述的方法，其中在所述的聚集步骤过程中，所述的片段和胶粘剂的混合物升温到干燥温度，其干燥温度是125-145℃。
17、根据权利要求10-16中一个或多个权利要求所述的方法，其中在加热的容器中实施所述的聚集步骤，且其中，使用压缩空气将所述的片段和胶粘剂的混合物注入所述的容器中，以便形成其平均最大粒径为20-60微米的颗粒。
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