KR20080065702A - 안료 및 이로부터 형성된 중합체 복합재 - Google Patents

안료 및 이로부터 형성된 중합체 복합재 Download PDF

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KR20080065702A
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까뜨린 비앙키
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생-고뱅 세라믹스 앤드 플라스틱스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 중합체 매트릭스와 이러한 중합체 매트릭스 속에 분산된 안료를 포함하는 복합재에 관한 것이다. 상기 안료는 알루미나 수화물 입상 물질 및 염료를 포함한다. 상기 염료는 알루미나 수화물 입상 물질의 표면에 공유 결합된다.
복합재, 안료, 중합체 매트릭스, 안료, 알루미나 수화물 입상 물질.

Description

안료 및 이로부터 형성된 중합체 복합재 {Pigments and polymer composites formed thereof}
본원은 일반적으로 중합체 복합재 및 안료에 관한 것이다.
일반적으로, 착색된 플라스틱 또는 중합체 물질은 플라스틱 소비자 제품 및 중합체 복합체 건축재와 같은 다양한 용도에서 사용하기에 바람직하다. 이러한 착색된 플라스틱 및 중합체 물질은 이들이 성형되려는 대상에 개선된 외관 및 미적 특성을 부여한다. 전형적으로, 안료 또는 염료를 중합체 물질에 첨가하여 착색된 중합체 물질을 생성시킨다.
그러나, 기존의 착색된 중합체 물질은 색상이 바래거나 탈색되거나 미관상 보기싫은 변색을 겪는다. 기존의 염료는 상기 중합체 물질로부터 침출될 수 있거나 열분해 또는 자외선, 전자기선과 같은 방사선 노출에 의해 야기되는 분해를 통해 탈색 또는 표백될 수 있다. 침출은 할로겐화 폴리올레핀에 배합된 염료의 경우 특히 문제가 된다. 따라서, 상기 염료를 포함하는 중합체 물질은 색상 견뢰도가 불량할 수 있다.
또한, 기존의 안료를 중합체 물질에 분산시키기는 어렵다. 불량한 분산은, 착색된 중합체 물질과의 소용돌이(swirling) 및 색상 변동을 유도한다. 추가로, 플라스틱 제품 내부의 안료의 불량한 분산은 바람직하지 못한 기계적 특성을 유도할 수 있다. 따라서, 혼화제는 통상 중합체 물질 내부에 안료를 분산시키는 데 사용된다. 이러한 혼화제는 안료를 분산시키는 데 도움을 주는 다양한 유기 화합물을 포함한다. 또한, 안료들은 고전단 기계적 공정을 사용하여 분산된다. 그러나, 혼화제는 통상 고가이며 착색된 중합체 물질의 기계적 특성에 영향을 미칠 수도 있다.
따라서, 견뢰도, 안정성 및 표백 및 색상 침출에 대한 내성이 개선된 안료 및 플라스틱을 제공하는 것이 당업계에서 지속적으로 요구되었다.
발명의 요지
특정 양태에서, 안료는 알루미나 수화물 입상 물질 및 염료를 포함한다. 상기 염료는 알루미나 수화물 입상 물질의 표면에 공유결합되어 있다.
또 다른 실시양태에서, 복합재는 중합체 매트릭스와 이러한 중합체 매트릭스 속에 분산된 안료를 포함한다. 상기 안료는 알루미나 수화물 입상 물질 및 염료를 포함한다. 상기 염료는 알루미나 수화물 입상 물질의 표면에 공유결합되어 있다.
추가의 실시양태에서, 복합 물질은 안료가 혼입된 중합체 매트릭스를 포함한다. 상기 안료는 보에마이트 입상 물질의 표면에 공유 결합된 트리아진 염료를 포 함한다. 상기 보에마이트 입상 물질은 비표면적이 약 250m2/g이하이고 평균 입자 크기가 약 1,000nm 이하이다.
추가의 양태에서, 안료의 형성방법은 알루미나 수화물 입상 물질을 포함하는 슬러리를 제공하는 단계 및 슬러리에 염료를 첨가하여 안료 슬러리를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 염료는 알루미나 수화물 입상 물질의 표면 그룹과의 공유결합을 용이하게 하기 위한 관능성 그룹을 포함한다.
추가 양태에서, 복합재의 형성방법은 안료 및 중합체를 혼합하여 중합체 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 안료는 알루미나 수화물 입상 물질 및 이러한 알루미나 수화물 입상 물질의 표면에 공유결합되어 있는 염료를 포함한다. 상기 방법은 또한 중합체 혼합물을 용융시켜 복합재를 형성하는 단계를 포함한다.
본 명세서는 첨부된 도면을 참조로 하여 보다 잘 이해될 수 있으며 이의 무수한 특징 및 이점이 당업자에게 명백할 수 있다.
도 1, 도2, 도3 및 도 4는 예시 중합체 복합체의 상대 굴곡 모듈러스, 충격 강도, 상대 결정화도 % 및 T50과 같은 물성의 예시를 포함한다.
상이한 도면에서 동일한 참조 기호의 사용은 유사하거나 동일한 아이템을 나타낸다.
특정 양태에서, 복합재는 중합체 매트릭스 및 안료로 구성된다. 상기 안료는 알루미나 수화물 입자의 표면에 공유결합된 염료를 갖는 알루미나 수화물 입자를 포함한다. 예를 들면, 상기 염료는 알루미나 수화물 입자의 하이드록실 표면 그룹의 수소 대신 산소에 공유결합될 수 있다. 예시 양태에서, 상기 중합체 매트릭스는 폴리올레핀 또는 할로겐화 폴리올레핀으로 구성된다.
또 다른 예시 양태에서, 안료의 형성방법은 알루미나 수화물 입상 물질를 포함하는 슬러리를 제조하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 추가로 슬러리에 염료를 첨가하여 안료 슬러리를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 알루미나 수화물 입상 물질의 표면상의 하이드록실 그룹과 같은 알루미나 수화물 입상 물질과의 공유결합을 촉진시키기 위한 관능성 그룹을 갖는다. 안료 슬러리가 일단 형성되면, 이를 건조 및 제분하여 안료를 제조할 수 있다. 특정 양태에서, 상기 안료는 열가소성 중합체와 같은 중합체 물질과 배합된 다음, 압출 또는 용융 배합되어 복합재를 형성할 수 있다.
예시 양태에서, 상기 복합재는 중합체 매트릭스 및 이러한 중합체 매트릭스 속에 분산된 안료를 포함한다. 상기 중합체 매트릭스는 열가소성 중합체성 물질로 구성되거나 열경화성 중합체성 물질로 구성된다. 한 양태에서, 상기 중합체 매트릭스는 폴리올레핀 또는 할로겐화 폴리올레핀과 같은 열가소성 중합체로 구성된다. 예를 들면, 상기 열가소성 중합체는 에틸렌, 프로필렌, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 비닐 플루오라이드, 비닐리덴 플루오라이드, 테트라플루오로에틸렌, 클로로트리플루오로에틸렌 또는 이들의 조합물과 같은 단량체로부터 형성된 중합체, 중합체 배합물 또는 공중합체를 포함한다. 따라서, 열가소성 중합체는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴클로라이드(PVDC), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 추가의 예시 양태에서, 상기 열가소성 중합체는 폴리아크릴레이트, 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리메틸 아크릴레이트(PMA), 폴리아크릴산(PAA) 및 폴리부틸 아크릴레이트(PBA); 폴리아미드, 예를 들면, 나일론 6, 나일론 11, 나일론 12; 폴리에스테르, 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT); 폴리우레탄; 폴리카보네이트; 또는 셀룰로즈 및 이의 에스테르 또는 니트레이트를 포함하는 중합체, 중합체 배합물 또는 공중합체를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 열가소성 중합체는 에틸 비닐 아세테이트(EVA), 에틸 비닐 알콜(EVOH), 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(EPDM), 폴리메틸펜텐(PMP), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 또는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)을 포함하는 중합체, 중합체 배합물 또는 공중합체일 수 있다.
또는, 상기 중합체 매트릭스는 열경화성 중합체로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 중합체 매트릭스는 에폭시, 페놀 수지, 멜라민, 푸란, 우레아-포름알데히드, 폴리우레탄, 실리콘, 비닐 에스테르 또는 불포화 폴리에스테르 수지와 같은 중합체로 형성될 수 있다.
예시 양태에서, 상기 복합재는 중합체 매트릭스 속에 분산된 안료를 포함한다. 상기 안료는 알루미나 수화물 입자의 표면에 공유결합된 염료를 갖는 알루미나 수화물 입상 물질을 포함한다.
일반적으로, 알루미나 수화물 입상 물질은 화학식 Al(OH)aOb(여기서, 0 < a ≤ 3이고, b = (3-a)/2이다)을 갖는 수화 알루미나를 포함한다. 일반적으로, 상기 알루미나 수화물 입상 물질은 수분 함량이 약 1 내지 약 38중량%, 예를 들면, 약 15 내지 약 38중량%이다. 특정 양태에서, 상기 알루미나 수화물 입상 물질은 알루미나가 아닌 세라믹 물질을 함유하지 않으며, 특히 실리카 및 알루미노실리케이트 물질을 함유하지 않는다. 예를 들면, a = 0인 경우, 상기 화학식은 알루미나(Al2O3)에 상응한다.
알루미나 수화물 입상 물질은 수산화알루미늄, 예를 들면, ATH(삼수산화알루미늄)을 깁사이트, 바이에라이트 또는 바우사이트로서 통상 공지된 무기질 형태로 포함하거나 보에마이트라고도 하는 알루미나 1수화물을 포함할 수 있다. 이러한 무기질 형태의 알루미늄 수산화물은 안료를 형성하는 데 유용한 알루미나 수화물 입상 물질을 형성하거나 이후 보다 상세하게 기술되는 시딩된 열수 처리에서와 같은 추가 가공을 위해 알루미늄 함유 전구체로서 사용될 수 있다.
한 양태에 따라, 상기 알루미나 수화물 입자는 최장 치수 대 상기 최장 치수에 수직인 그 다음 최장 치수의 비로서 정의되는 종횡비를 가지며, 이는 통상 약 2:1 이상, 특히 약 3:1 이상, 예를 들면, 약 4:1 이상 또는 약 6:1 이상이다. 특정 양태는 약 8:1 이상, 약 10:1 이상, 특정 예에서, 약 14:1 이상과 같은 비교적 연장된 입자들을 갖는다.
특히 알루미나 수화물 입자의 형상과 관련하여, 침상 입자, 타원형 입자 및 판상 입자와 같은 상이한 형상이 사용될 수 있다. 예를 들면, 침상 형상을 갖는 입자들은 제1 최장 치수와 제2 최장 치수에 수직인 제3 최장 치수에 대한 제2 최장 치수의 비로서 정의되는 2차 종횡비와 관련하여 추가로 특징지워질 수 있다. 침상 입자의 제2 종횡비는 일반적으로 약 3:1 이하, 전형적으로 약 2:1 이하 또는 약 1.5:1 이하, 종종 약 1:1이다. 2차 종횡비는 일반적으로 최장 치수에 수직인 평면에서 입자들의 단면 기하 형태를 기술한다. 본원에서 종횡비란 용어는 최장 치수 대 그 다음 최장 치수의 비를 나타내는 데 사용되므로, 이를 1차 종횡비라고 지칭할 수 있다.
또 다른 양태에 따라, 알루미나 수화물 입자는 침상 입자와 관련하여 상술한 1차 종횡비를 갖는 연장된 구조로 통상 이루어진 판형 또는 판상 입자일 수 있다. 그러나, 편상 입자들은 일반적으로 마주보는 주 표면들을 가지며, 이러한 마주보는 주 표면들은 일반적으로 평면이고 일반적으로 서로 평행하다. 또한, 판상 입자들은 침상 입자에 비해 2차 종횡비가 큼을, 통상 약 3:1 이상, 예를 들면, 약 6:1 이상 또는 약 10:1 이상임을 특징으로 할 수 있다. 전형적으로, 마주보는 주 표면들에 수직인 최단 치수 또는 엣지 치수는 통상 50nm 미만이고, 예를 들면, 약 40nm 미만 또는 약 30nm 미만이다.
또 다른 양태에 따라, 상기 알루미나 수화물 입자는 침상 입자들과 관련하여 위에서 기술한 1차 종횡비를 갖는 연장된 구조로 주로 이루어진 타원형 입자일 수 있다. 또한, 상기 타원형 입자들은 2차 종횡비가 약 2:1 이하, 약 1.5:1 또는 약 1:1 이하임을 특징으로 할 수 있다.
상기 알루미나 수화물 입상 물질의 형상은 입자 크기, 보다 특히 평균 입자 크기의 견지에서 추가로 정의될 수 있다. 본원에서 사용되는 "평균 입상 물질 크기"는 입자의 평균 최장 치수 또는 길이 치수를 나타내는 데 사용된다. 일반적으로, 평균 입자 크기는 약 1,000nm 이하, 약 75 내지 약 1,000nm이다. 예를 들면, 평균 입자 크기가 약 800nm 이하, 약 500nm 이하 또는 약 300nm 이하일 수 있다. 미세한 입상 물질의 맥락에서, 일부 양태에서 입자 크기는 250nm 이하, 예를 들면, 225nm 이하이다. 특정 양태의 공정상의 제약으로 인해, 최소 평균 입상 물질 크기는 일반적으로 약 75nm 이상, 예를 들면, 약 100nm 이상 또는 약 135nm 이상이다.
입자들의 연장된 형상으로 인해, 기존의 특성화 기술은 일반적으로 평균 입자 크기를 측정하기에 불충분한데, 그 이유는 특성화 기술이 통상 입자가 구형 또는 구형에 근사하다는 가정을 근거로 하기 때문이다. 따라서, 평균 입자 크기는 다수의 대표적인 샘플을 취하여 대표적인 샘플들에서 발견되는 입자 크기를 물리적으로 측정함으로써 측정되었다. 이러한 샘플들은 주사 전자 현미경(SEM)과 같은 다양한 특성화 기술에 의해 취할 수 있다. 평균 입자 크기라는 용어는 또한 분산되거나 응집된 형태에서 개별적으로 확인 가능한 입자들에 관한 1차 입자 크기를 나타낸다. 물론, 응집물은 비교적 큰 평균 입자 크기를 가지며, 본원 명세서는 응집물 크기에 초점을 맞추지 않는다.
상기 알루미나 수화물 입상 물질의 종횡비 및 평균 입자 크기 이외에, 입상 물질의 형상은 비표면적의 견지에서 추가로 특성화될 수 있다. 본원에서, 입상 물질의 비표면적은 흔히 사용 가능한 BET 기술에 의해 측정될 수 있는 비표면적에 관한 것이다. 본원의 양태에 따라, 상기 알루미나 수화물 입상 물질은 비표면적이 일반적으로 약 10m2/g 이상, 예를 들면, 약 20m2/g 이상, 30m2/g 이상 또는 약 40m2/g 이상이다. 비표면적이 입자 형상뿐만 아니라 입자 크기의 함수이므로, 일반적으로 양태들의 비표면적은 약 250m2/g 이하, 예를 들면, 약 200m2/g 이하 또는 약 100 m2/g 이하이다. 특히, 상기 표면적은 약 50 내지 250m2/g 이하이다. 예시 양태에서, 침상 알루미나 수화물 입자는 비표면적이 약 100 내지 약 250m2/g 이하이다. 또 다른 예시 양태에서, 판상 알루미나 수화물 입자는 비표면적이 약 50 내지 약 98m2/g이다.
특정 양태에서, 화학식 Al(OH)aOb(여기서, 0 < a ≤ 3이고, b = (3-a)/2이다)에서 a가 대략 1인 경우, 상기 알루미나 수화물 물질은 보에마이트에 상응한다. 보다 일반적으로, 본원에서 사용되는 용어 "보에마이트"는 전형적으로 화학식 Al2O3ㆍH2O 을 갖고 수분 함량이 15% 정도인 무기질 보에마이트 뿐만 아니라 수분 함량이 15중량% 이상, 예를 들면 20 내지 38중량%인 슈도보에마이트를 지칭하는 데 사용된다. 따라서, 용어 "보에마이트"는 수분 함량이 15 내지 38중량%, 예를 들면, 15 내지 30중량%인 알루미나 수화물을 지칭하는 데 사용될 것이다. 보에마이트(슈도 보에마이트 포함)는 특정한 확인 가능한 결정 구조이므로, 독특한 X선 회절 패턴을 가지며, 따라서 다른 수화 알루미나를 포함하는 다른 알루미늄 함유 물질과 구분된다. 보에마이트는 알루미늄 함유 전구체와 같은 알루미늄 함유 무기질을 시딩된 가공 경로를 통해 목적하는 형상 및 입자 특성을 제공하도록 가공됨으로써 수득된다.
한 양태에 따라, 보에마이트 입자는 종횡비가 약 2:1 이상, 특히 약 3:1 이상, 4:1 이상 또는 6:1 이상이다. 실제로, 특정 양태는, 예를 들면, 종횡비가 8:1 이상, 10:1 이상, 일부 경우에는 14:1 이상의 비교적 연장된 입자를 갖는다. 전술한 알루미늄 함유 물질과 같이, 상기 보에마이트는 침상 입자, 타원형 입자 및 판상 입자와 같은 다양한 형상을 가진다.
보에마이트 입상 물질이 제조될 수 있는 방법의 세부사항으로 돌아가면, 일반적으로 타원형, 침상 또는 판상 보에마이트 입자들은 보에마이트 전구체, 전형적으로 바우사이트 무기질을 포함하는 알루미늄 함유 물질로부터, 공동 소유의 상술한 미국 특허 제4,797,139호에 일반적으로 기술된 열수처리에 의해 형성된다. 보다 특히, 상기 보에마이트 입상 물질은 현탁액 속에 보에마이트 전구체와 보에마이트 시트를 혼합하고, 상기 현탁액(대안으로는, 졸 또는 슬러리)을 열처리하여 원료를 보에마이트 입상 물질(이는, 현탁액 속에 제공된 보에마이트 시드에 의해 추가로 영향을 받는다)로 전환시킴으로써 형성될 수 있다. 가열은 일반적으로 자생 환경, 즉 오토클레이브에서 수행되어, 승압이 가공 동안 생성된다. 현탁액의 pH는 일반적으로 7 미만 또는 8 이상의 값으로부터 선택되고, 상기 보에마이트 시드 물질은 약 0.5㎛보다 미세한 입자 크기를 갖는다. 일반적으로, 상기 시드 입자들은 보에마이트 전구체(Al2O3으로서 계산됨) 약 1중량%를 초과하는 양으로 존재하며, 가열은 약 120℃ 초과, 예를 들면 약 125℃ 초과, 또는 심지어 약 130℃ 초과의 온도에서 자생 압력, 전형적으로 30psi에서 수행된다.
상기 입상 물질은 비교적 낮은 시딩 수준과 산성 pH와 배합된 연장된 열수 조건에서 제조될 수 있으며, 이로써 1개의 축 또는 2개의 축을 따라 우선적인 보에마이트 성장이 이루어진다. 보다 긴 열수처리를 사용하여, 통상 보다 더 길고 종횡비가 높은 보에마이트 입자 및/또는 보다 큰 입자들을 제조할 수 있다.
열수 처리와 같은 열처리 및 보에마이트 전환에 이어서, 한외여과 공정 또는 잔여 액체를 증발시키는 열처리에 의해 잔여 액체 함량을 제거하는 것이 일반적이다. 이후, 잔여 질량은 통상, 예를 들면, 100메쉬로 분쇄된다. 본원에 기술된 입자 크기는 일반적으로 응집물이 아니라 단결정자를 기술함을 유의해야 한다(특정 양태에서는, 예를 들면, 응집된 물질을 요구하는 제품의 경우 응집물이 유지될 수도 있다).
바람직한 형상을 수득하기 위해 보에마이트 원료를 가공하는 동안 몇 가지 변수가 개질될 수 있다. 이들 변수는 특히 중량비, 즉 보에마이트 전구체 대 보에마이트 시드의 비, 가공 동안 사용되는 산 또는 염기의 특정 형태 또는 종류(및 이들의 상대 pH 수준), 및 시스템의 온도(이는 자생 열수 환경에서 압력에 직접적으로 비례한다)를 포함한다.
특히, 다른 변수는 일정하게 유지되면서 중량비가 개질되는 경우, 보에마이트 입상 물질을 형성하는 입자들의 형태 및 크기가 개질된다. 예를 들면, 가공이 2중량% 질산 용액 속에서 2시간 동안 180℃에서 수행되는 경우, 90:10 ATH:보에마이트 시드 비는 침상 입자(ATH는 보에마이트 전구체의 일종이다)를 형성한다. 반면, ATH:보에마이트 시드 비가 80:20의 값으로 감소하는 경우, 상기 입자들을 보다 타원형이 된다. 보다 추가로, 상기 비가 60:40으로 추가로 감소되는 경우, 입자들은 구에 근사해진다. 따라서, 가장 전형적으로 보에마이트 전구체 대 보에마이트 시드의 비는 약 60:40 이상, 예를 들면, 약 70:30 이상 또는 약 80:20 이상이다. 그러나, 바람직한 미세 입자 형상의 달성을 촉진하기 위한 충분한 시딩 수준을 보장하기 위해, 보에마이트 전구체 대 보에마이트 시드의 중량비는 일반적으로 약 98:2 이하이다. 전술한 바에 따르면, 중량비 증가가 일반적으로 종횡비를 증가시키는 반면, 중량비 감소는 종횡비를 감소시킨다.
추가로, 다른 변수는 일정하게 유지되면서 산 또는 염기의 형태가 개질되는 경우, 입자의 형태(예: 종횡비) 및 크기가 영향을 받는다. 예를 들면, 가공이 2시간 동안 180℃에서 2중량% 질산 용액 속에서 ATH:보에마이트 시드 비 90:10으로 수행되는 경우, 합성된 입자들은 통상 침상이다. 반면, 산이 1중량% 이하의 함량에서 HCl로 대체되는 경우, 합성된 입자들은 통상 구에 근사하다. HCl 2중량% 이상이 사용되는 경우, 합성된 입자들은 일반적으로 침상이 된다. 1중량% 포름산에서, 합성된 입자들은 판상이다. 추가로, 1중량% KHO와 같은 염기성 용액을 사용하는 경우, 합성된 입자들은 판상이다. KOH 1중량% 및 질산 0.7중량%와 같이 산과 염기의 혼합물이 사용되는 경우, 합성된 입자의 형상은 판상이다. 산과 염기의 상술한 중량%는 각각의 고체 현탁액 또는 슬러리의 고형분만을 기준으로 하며, 슬러리의 총 중량의 총 중량%를 기준으로 하지 않음을 유의한다.
적합한 산 및 염기는 질산과 같은 무기산, 포름산과 같은 유기산, 염산과 같은 할로겐산, 및 질산알루미늄 및 황산마그네슘과 같은 산성 염을 포함한다. 유효량의 염기는, 예를 들면, 암모니아를 포함하는 아민, 수산화칼륨과 같은 알칼리 수산화물, 수산화칼슘과 같은 알칼리성 수산화물, 및 염기성 염을 포함한다.
더 추가로, 다른 변수는 일정하게 유지되면서 온도가 개질되는 경우, 전형적으로 입자 크기 변화가 명백해진다. 예를 들면, 가공이 2시간 동안 150℃에서 2중량% 질산 용액 속에서 90:10의 ATH:보에마이트 시드 비에서 수행되는 경우, XRD (x선 회절 특성화)로부터의 결정 크기는 115Å인 것으로 관측되었다. 그러나, 160℃에서, 상기 평균 입자 크기는 143Å인 것으로 관측되었다. 따라서, 온도가 증가됨에 따라, 입자 크기도 증가하며, 입자 크기 및 온도 사이의 직접적인 비례 관계가 나타난다.
본원에 기술된 양태에 따라, 비교적 강력하고 융통성 있는 공정 방법을 사용하여 전구체 보에마이트 생성물 속으로 목적하는 형상을 엔지니어링할 수 있다. 특히 중요한 것은, 일부 양태들이 시딩된 가공을 사용함에 따라, 바람직한 미세 평균 입자 크기 뿐만 아니라 제어된 입자 크기 분포를 생성시킬 수 있는 고도로 공정 제어되는 가격 효율적 가공 경로를 유도한다는 것이다. (i) 중량비, 산 및 염기 종류 및 온도와 같은 공정 방법론에서의 주요한 변수를 확인하고 제어하는 것과 (ii) 시딩을 기본으로 하는 기술의 조합이 특히 중요하며, 이는 바람직한 보에마이트 입상 물질 형상을 반복적으로 제어 가능하게 가공할 수 있도록 한다.
상기 안료는 염료에 공유결합된, 상술한 바와 같은 알루미나 수화물과 같은 알루미나 수화물로 형성된다. 예시 양태에서, 상기 염료는 유기 염료이다. 예를 들면, 상기 염료는 안트라센 염료, 아조 염료, 아크리딘 염료, 아진 염료, 옥사진 염료, 티아진 염료, 퀴놀린 염료, 폴리메틴 염료, 하이드라존 염료, 트리아진 염료, 포르피린 염료, 포르피라진 염료, 황 염료, 퀴나크리돈 염료, 포르마잔 염료, 니트로 염료, 니트로소 염료, 아조메틴 염료 또는 폴리올 염료와 같은 유기 염료일 수 있다. 특정 양태에서, 상기 염료는 시바크론(Cibacron) HD200%(적색), PBN-GR(적색), C-2BL(적색), FN-2BL(적색), PB6R-GR150%(갈색), CB(네이비색) 또는 FN-B(네이비색)(제조원: Ciba Specialty Chemicals)과 같은 트리아진 염료를 포함한다. 또 다른 양태에서, 상기 염료는 폴리올 염료를 포함한다.
특정 양태에서, 상기 염료는 알루미나 수화물과의 공유결합을 용이하게 하기 위한 관능성 그룹을 포함한다. 예를 들면, 상기 관능성 그룹은 알루미나 수화물 입자의 표면 상에 하이드록실 그룹의 산소와 공유결합을 형성하는 반응을 겪을 수 있다. 특히, 상기 관능성 그룹은 수소 대신 하이드록실 그룹의 산소와 공유결합을 형성하는 것과 같이 알루미나 수화물 입자의 표면 상에 하이드록실 그룹과의 친핵성 치환 또는 친핵성 부가를 용이하게 할 수 있다. 예시되는 관능성 그룹은 불소, 염소 또는 브롬과 같은 할로겐 원자를 포함한다. 관능성 그룹의 또 다른 예는 설페이토에틸설폰을 포함한다. 추가로 예시되는 관능성 그룹은 실란올, 지르코네이트, 티타네이트, 카복실산 및 에스테르, 알데히드, 설폰산 또는 포스폰산을 포함할 수 있다. 전형적으로, 상기 관능성 그룹은 유기 염료의 관능성 환의 탄소원자와 같은 유기 염료의 탄소원자에 부착된다. 특정 양태에서, 상기 관능성 그룹은 염료의 트리아진 환의 탄소원자에 결합된다.
입자 표면 상의 약한 2차 결합 메카니즘 또는 물질 층간 삽입 메카니즘에 대치되는, 알루미나 수화물 입자 물질 표면에 대한 염료의 공유결합의 증거는 하기 제공되는 표 1에 예시하였다. 표 1은 알루미나 수화물 입상 물질(이 경우, 보에마이트)의 표면 알루미늄 원자와 산소원자의 평균 결합 에너지를 예시하며, 이들 결과를 보에마이트와 염료를 함유하는 샘플과 비교한다. 표면 알루미늄과 산소원자의 평균 결합 에너지는 오거(Auger) 분광계를 사용하여 측정하였다. 표 1은 알루미늄 원자의 평균 결합 에너지가 감쇠되고 염료 첨가후 알루미나 수화물 입상 물질의 표면 상의 산소원자의 평균 결합 에너지가 증가함을 나타내며, 이는 보에마이트 입자의 표면 상의 염료와 산소 원자가 공유결합되었음을 지시한다.
Figure 112008040701543-PCT00001
표 1: 2개의 샘플의 오거 분광계는 염료 첨가시 보에마이트 표면 상의 Al 및 O원자의 결합 에너지 변화를 나타낸다.
안료를 형성하기 위해, 상기 염료는 입상 알루미나 수화물과 반응할 수 있다. 예를 들면, 슬러리가 입상 알루미나 수화물로 구성될 수 있다. 상기 슬러리는 수성 액체 또는 유기 액체를 포함할 수 있다. 예시 양태에서, 상기 슬러리는 알루미나 수화물 입자 약 30중량% 이하, 예를 들면, 약 20중량% 이하 또는 약 15중량% 이하를 포함하는 수성 슬러리이다. 추가의 예시 양태에서, 상기 슬러리는 pH가 약 7.0 이하, 예를 들면, 약 5.0 이하이다.
예시 방법에서, 상기 슬러리는 약 25 내지 약 100℃, 예를 들면, 약 40 내지 약 80℃의 범위로 가열된다. 알루미나 수화물에 대한 공유결합을 용이하게 하기 위한 관능성 그룹을 갖는 염료를 슬러리에 첨가하였다. 예시 양태에서, 상기 염료는 슬러리에 첨가된 염료 용액에 포함시킬 수 있다. 특정 예에서, 상기 염료 용액은 염료를 약 10중량% 이하 포함하는 수성 용액이다. 또 다른 실시예에서, 상기 염료는 슬러리에 첨가된 분말일 수 있다. 상기 슬러리는 기계적으로 혼합되거나 진탕될 수 있다.
일단 안료가 형성되면, 안료를 건조시킬 수 있다. 예를 들면, 안료를 분무 건조시킬 수 있다. 건조된 안료들을 쓰루 볼 밀링(through ball milling)에 의해 제분시켜 안료 분말을 형성할 수 있다.
열가소성 중합체가 중합체 매트릭스를 형성하는 경우, 복합재의 형성방법은 중합체를 안료와 건식 혼합시켜 중합체 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 중합체 혼합물을 용융시켜 복합체를 형성할 수 있다. 예를 들면, 중합체 혼합물이 압출될 수 있다. 대안으로, 상기 중합체 혼합물을 용융 배합시킬 수 있다.
열경화성 중합체가 중합체 매트릭스를 형성하는 경우, 상기 복합재의 형성방법은 안료를 중합체 전구체 용액과 배합시키는 단계를 포함한다. 예를 들면, 건조 안료는 고전단 조건하에 상기 용액과 혼합될 수 있다. 또 다른 예에서, 안료 용액은 중합체 전구체 용액과 혼합될 수 있다.
예시 양태에서, 상기 복합재는 안료 약 2 내지 약 25중량%를 포함한다. 예를 들면, 상기 복합재는 안료 약 5 내지 약 10중량%를 포함한다. 또한, 상기 복합재는 중합체 물질 약 60 내지 약 98중량%, 예를 들면, 약 70 내지 약 95중량%를 포함할 수 있다. 조성물이 중량%와 같은 %로 표현되는 경우, 특정 성분의 %가 조성물 내의 다른 성분의 %에 영향을 미치며, 모든 성분들의 누적 %는 결코 100%를 초과할 수 없다.
안료 이외에, 상기 복합재는 혼화제, 충전재, 산화방지제, 자외선 흡수제, 가소제 또는 이들의 조합물을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 상기 복합체는 가공 적성을 개선시키기 위해 가소제를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 복합체는 내후성을 개선시키기 위해 산화방지제 또는 자외선 흡수제를 포함할 수 있다. 추가의 양태에서, 상기 복합체는 중합체 배합물의 중합체들간의 혼화성을 개선시키거나 안료의 분산성을 개선시키기 위해 혼화제를 포함할 수 있다. 대안으로, 알루미나 수화물 입자에 공유결합된 염료가 혼화성을 제공할 수 있다. 특정 양태에서, 상기 복합체는 혼화제를 함유하지 않아도 알루미나 수화물 입자의 분산성이 상응하거나 증진된다.
예시 양태에 따라, 알루미나 수화물 입자의 표면에 공유결합된 염료를 갖는 알루미나 수화물 입상 물질과 중합체 매트릭스를 포함하는 복합재는 알루미나 수화물 입상 물질을 함유하지 않는 중합체 매트릭스의 상대 굴곡 모듈러스에 비해 개선된 상대 굴곡 모듈러스를 갖는다. 한 양태에서, 상기 복합재는 알루미나 수화물 입상 물질을 함유하지 않는 중합체 매트릭스의 상대 굴곡 모듈러스에 비해 약 5% 이상, 예를 들면, 8% 이상, 10% 이상 또는 15% 이상인 개선된 상대 굴곡 모듈러스를 갖는다.
또 다른 예시 양태에서, 중합체 매트릭스 및 공유결합된 염료를 갖는 알루미나 수화물 입상 물질을 포함하는 복합재는 공유결합된 염료를 함유하지 않는 동일한 양의 알루미나 수화물 입상 물질를 갖는 중합체 매트릭스의 충격 강도에 비해 개선된 충격 강도를 갖는다. 따라서, 특정 양태에서, 중합체 매트릭스와 안료를 갖는 복합체는 공유결합된 염료를 함유하지 않는 알루미나 수화물 입상 물질를 갖는 복합재에 비해 충격 강도가 약 5% 이상, 예를 들면, 약 8% 이상 또는 약 10% 이상 증가한다.
추가의 예시 양태에서, 상기 복합재의 상대 결정화도%는 특정 고형분 함량의 알루미나 수화물 입상 물질 및 공유결합된 염료를 갖는 복합체의 경우 개선된다. 한 양태에 따라, 공유결합된 염료를 포함하는 알루미나 수화물 입상 물질 고형분 기준으로 약 5중량% 이상과 중합체 매트릭스를 갖는 복합재는 안료를 함유하지 않는 중합체 매트릭스에 비해 상대 결정화도%가 약 5% 이상 증가한다. 또 다른 양태에서, 안료를 함유하지 않는 중합체 매트릭스에 비해 복합재의 경우 상대 결정화도 %가 약 8% 이상, 예를 들면, 약 10% 이상 또는 약 11% 이상 증가한다. 추가 양태에 따르면, 고형분 함량이 보다 높은 복합재, 예를 들면, 알루미나 수화물 입상 물질이 약 10중량%인 복합재는 비복합체 중합체 매트릭스에 비해 상대 결정화도%가 약 5% 이상, 예를 들면, 약 7% 이상 또는 약 10% 이상 증가한다.
알루미나 수화물 입자 표면에 공유결합된 염료를 갖는 알루미나 수화물 입상 물질을 첨가하면 보다 높은 T50과 같은 기타 개선된 특성이 제공된다. T50은 열비중계 분석에서 샘플이 원래 샘플 중량의 절반이 되는 온도이다. 예시 양태에서, 공유결합된 염료를 갖는 알루미나 수화물 입상 물질이 혼입된 중합체 매트릭스를 함유하는 복합재의 T50은 비복합체 중합체 매트릭스에 비해 개선된다. 한 양태에 따라, 공유결합된 염료를 갖는 알루미나 수화물 입상 물질이 혼입된 중합체 매트릭스를 함유하는 복합체는 비복합체 중합체 매트릭스에 비해 T50이 약 1% 이상, 예를 들면, 약 3% 이상 또는 약 10% 이상 증가된다.
실시예 1. 안료 합성
상술한 바와 같이 가공된 보에마이트 입상 물질을 알루미나 수화물 입상 물질로서 제공한다. 상기 보에마이트는 침상 형태를 가지며 수성 용매 속으로 장전되어, 보에마이트를 고형분 기준으로 약 15중량% 갖는 보에마이트 졸을 형성한다. 상기 보에마이트 졸의 pH는 산성이고 약 3.0 내지 4.0의 범위로 유지되면서, 상기 졸은 약 60 내지 70℃의 온도로 가열되어 혼합된다.
염료 용액은 탈이온수 400ml에 설페이토에틸설폰 관능성 그룹을 갖는 트리아진 염료 0.5g을 배합하여 형성시킨다. 상기 염료 용액을 약 60 내지 70℃로 가열하여 혼합하였다.
상기 염료 용액을 보에마이트 졸에 첨가하면서 60 내지 70℃의 온도에서 약 2시간 동안 계속 혼합하여 안료 졸을 형성하였다. 혼합시킨 후, 상기 안료 졸을 냉각시키고, 여분의 액체를 경사시키고 안료 졸을 동결 건조 또는 회전식 드럼 건조로 건조시켜 안료 분말을 형성시킨다. 이어서, 상기 안료 분말을 약 2시간 동안 볼 밀에서 제분하여 응집물을 파괴시켰다.
실시예 2. 복합재
상기 안료 분말을 폴리프로필렌 중합체 매트릭스와 배합한다. 배합은 400rpm으로 작동하는 30mm, 40:1 길이/직경, ZSK-30 동시회전 인터메싱 2축 압출기(제조원: Werner & Pfeidered)에서 수행된다. 영역 온도 설정점은 제1 영역의 388℉로부터 450℉까지 점진적으로 증가하여, 다이 온도가 450℉로 설정된다. 분말 형태의 폴리프로필렌은 플라스틱 백에서 실시예 1의 방법에 따라 적색 염료 보에마이트(이는 침상 보에마이트와 시바크롬HD200%로부터 형성될 수 있다)와 혼합된다. 상기 혼합물을 2축 압출기의 공급 홉퍼 속에 배치하며, 상기 공급 속도는 대략 20lb/hr이다.
직경이 38mm(1.5in)이고 압축비가 3:1인 표준 3-영역 스크류가 구비된 판 도른(Van Dorn) 120HT 기계를 사용한 성형을 통해 샘플을 형성시킨다. 상기 스크류 말단에 분사 동안 역류를 감소시키기 위한 점검 링이 있다. 상기 배럴을 3개의 가열기 밴드에 의해 전기적으로 가열하고, 노즐을 가열기 밴드에 의해 가열하였다. 온도 프로필을 공급목에서의 380℉로부터 노즐에서의 440℉로 증가한다.
상기 성형물을 80℉로 수 냉각시킨다. 클램핑 힘은 약 78톤으로 설정한다. 투여량 크기는 1.1in이며, 이는 약 1.7cuin의 실제 분사 용적에 관한 것이다. 분사 후, 유지 압력은 약 1,000 내지 1,200psi이고, 유지 시간은 대략 10초이다.
도 1로 돌아가서, 폴리프로필렌 및 공유결합된 염료를 갖는 침상 보에마이트를 포함하는 복합체는 폴리프로필렌의 상대 굴곡 모듈러스에 비해 개선된 상대 굴곡 모듈러스를 나타낸다. 도 1에 도시한 바와 같이, 안료 3중량%를 갖는 복합체는 안료를 함유하지 않는 폴리프로필렌에 비해 상대 굴곡 모듈러스가 대략 15% 증가하고, 안료 10중량%를 갖는 복합체는 대략 21% 증가함을 나타낸다.
예시 양태에서, 안료처리된 폴리프로필렌은 개선된 충격 강도를 나타낸다. 예를 들면, 도 2를 참조하면, 고형분 함량이 다양한, 공유결합된 염료를 갖는 보에마이트와 폴리프로필렌을 포함하는 복합체의 충격 강도를, 공유결합된 염료를 함유하지 않는 보에마이트와 폴리프로필렌을 포함하는 복합체의 충격 강도와 비교한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 염료를 혼입한 각각의 복합체는 공유결합된 염료를 함유하지 않는 보에마이트를 동일한 고형분으로 함유하는 샘플에 비해 개선된 충격 강도를 나타낸다.
특정 양태에서, 폴리프로필렌과 안료를 포함하는 복합체는 상대 결정화도%가 증가된다. 도 3을 참조하면, 폴리프로필렌의 상대 결정화도 %를, 다양한 함량%의 공유결합된 염료를 갖는 보에마이트를 포함하는 복합체의 상대 결정화도%와 비교한다. 도3에 도시한 바와 같이, 5중량% 보에마이트 및 공유결합된 염료를 갖는 복합재는 상대 결정화도 %를 약 11% 증가시키며, 공유결합된 염료를 갖는 보에마이트 10중량%를 함유하는 복합체 샘플은 비복합체 폴리프로필렌 샘플에 비해 상대 결정화도%가 약 9% 증가한다.
도 4를 참조하여, 폴리프로필렌의 T50을, 폴리프로필렌과 안료를 포함하는 복합체의 T50과 비교한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 안료 3.0중량%를 갖는 복합재는 비복합체 폴리프로필렌 샘플에 비해 T50이 1.29% 증가한다. 안료 5.0중량%를 포함하는 복합체 샘플은 T50이 3.22% 증가하며, 안료 10.0중량%를 포함하는 샘플은 비복합체 폴리프로필렌 샘플에 비해 T50이 10.9% 증가한다.
본 발명의 양태는 보다 높은 경도를 필요로 하고/하거나 불소 중합체의 용융 가공과 같은 고온 가공을 수반하는 용도와 같은 광범위한 용도에서 보에마이트 입상 물질을 이용할 수 있도록 한다. 본 발명의 안료는 난연성, UV 보호, 내후성, 내약품성, 열 전도성 및 전기 저항의 특성으로 인해 중요한 산업적 물질이다. 다른 용도는 종이에 대한 첨가제로서, 잉크제트 인쇄시 잉크 흡수제로서, 여과 매체로서, 또는 전자 산업에 사용되는 화학기계적 연마를 필요로 하는 연마제로서의 수행을 포함한다.
본 발명이 특정 양태의 맥락에서 예시되고 기술되었지만, 본 발명의 범위로 부터 벗어나지 않으면서 다양한 변화 및 대체가 이루어질 수 있으므로 본 발명이 제시된 상세한 설명에 한정되어서는 안된다. 예를 들면, 추가의 또는 상응하는 대체가 이루어진 수 있고, 추가의 또는 상응하는 제조단계가 사용될 수 있다. 따라서, 당업자들은 본원에 기술된 발명의 변형 및 등가물을 단지 일반적인 실험에 의해 수행할 수 있으며, 이러한 모든 변형 및 등가물은 하기 청구의 범위에 정의된 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 믿어진다.

Claims (83)

  1. 알루미나 수화물 입상 물질 및 염료를 포함하며, 염료가 알루미나 수화물 입상 물질의 표면에 공유결합되어 있는 안료.
  2. 제1항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질이 화학식 Al(OH)aOb(여기서, 0 < a ≤ 3이고, b = (3-a)/2이다)의 조성을 갖는, 안료.
  3. 제2항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 수분 함량이 1 내지 38중량%인, 안료.
  4. 제3항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 수분 함량이 15 내지 38중량%인, 안료.
  5. 제1항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 비표면적이 약 250m2/g이하인, 안료.
  6. 제5항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 비표면적이 약 200m2/g이하인, 안료.
  7. 제6항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 비표면적이 약 100m2/g이하인, 안료.
  8. 제1항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 최대 치수가 약 1,000nm 이하인, 안료.
  9. 제8항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 최대 치수가 약 800nm 이하인, 안료.
  10. 제9항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 최대 치수가 약 500nm 이하인, 안료.
  11. 제1항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 종횡비가 약 2:1 이상인, 안료.
  12. 제11항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 종횡비가 약 4:1 이상인, 안료.
  13. 제12항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 종횡비가 약 6:1 이상인, 안료.
  14. 제1항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질이 2차 종횡비가 약 3:1 이상인 판상 입자를 포함하는, 안료.
  15. 제1항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질이 2차 종횡비가 약 3:1 이하인 침상 입자를 포함하는, 안료.
  16. 제1항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질이 2차 종횡비가 약 2:1 이하인 타원형 입자를 포함하는, 안료.
  17. 제1항에 있어서, 염료가 안트라센 염료, 아조 염료, 아크리딘 염료, 아진 염료, 옥사진 염료, 티아진 염료, 퀴놀린 염료, 폴리메틴 염료, 하이드라존 염료, 트리아진 염료, 포르피린 염료, 포르피라진 염료, 황 염료, 퀴나크리돈 염료, 포르마잔 염료, 니트로 염료, 니트로소 염료, 아조메틴 염료 및 폴리올 염료로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 안료.
  18. 제17항에 있어서, 염료가 트리아진 염료인, 안료.
  19. 제1항에 있어서, 염료가 알루미나 수화물 입상 물질 표면 상의 하이드록실 그룹의 수소 대신 공유결합되어 있는, 안료.
  20. 중합체 매트릭스와 이러한 중합체 매트릭스 속에 분산된 안료를 포함하며, 상기 안료가 알루미나 수화물 입상 물질 및 염료를 포함하고, 상기 염료가 알루미나 수화물 입상 물질의 표면에 공유결합되어 있는, 복합재.
  21. 제20항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질이 화학식 Al(OH)aOb(여기서, 0 < a ≤ 3이고, b = (3-a)/2이다)의 조성을 갖는, 복합재.
  22. 제21항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 수분 함량이 1 내지 38중량%인, 복합재.
  23. 제20항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 비표면적이 약 250m2/g이하인, 복합재.
  24. 제20항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 최대 치수가 약 1,000nm 이하인, 복합재.
  25. 제24항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 최대 치수가 약 800nm 이하인, 복합재.
  26. 제20항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 종횡비가 약 2:1 이상인, 복합재.
  27. 제26항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 종횡비가 약 4:1 이상인, 복합재.
  28. 제20항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질이 판상 입자, 침상 입자 및 타원형 입자 중의 하나를 주로 포함하는, 복합재.
  29. 제20항에 있어서, 염료가 안트라센 염료, 아조 염료, 아크리딘 염료, 아진 염료, 옥사진 염료, 티아진 염료, 퀴놀린 염료, 폴리메틴 염료, 하이드라존 염료, 트리아진 염료, 포르피린 염료, 포르피라진 염료, 황 염료, 퀴나크리돈 염료, 포르마잔 염료, 니트로 염료, 니트로소 염료, 아조메틴 염료 및 폴리올 염료로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 복합재.
  30. 제29항에 있어서, 염료가 트리아진 염료인, 복합재.
  31. 제20항에 있어서, 염료가 알루미나 수화물 입상 물질 표면 상의 하이드록실 그룹의 수소 대신 공유결합되어 있는, 복합재.
  32. 제20항에 있어서, 복합재의 총 중량을 기준으로 하여, 안료 약 2 내지 약 25중량%를 포함하는, 복합재.
  33. 제32항에 있어서, 복합재의 총 중량을 기준으로 하여, 안료 약 5 내지 약 10중량%를 포함하는, 복합재.
  34. 제20항에 있어서, 중합체 매트릭스가 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리카보네이트 및 셀룰로즈로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 복합재.
  35. 제20항에 있어서, 중합체 매트릭스가 폴리올레핀 및 할로겐화 폴리올레핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 복합재.
  36. 제35항에 있어서, 중합체 매트릭스가 폴리프로필렌인, 복합재.
  37. 제35항에 있어서, 중합체 매트릭스가 폴리비닐클로라이드인 복합재.
  38. 제20항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질을 함유하지 않는 복합재의 상대 굴곡 모듈러스에 비해 상대 굴곡 모듈러스가 약 5% 이상 증가되는, 복합재.
  39. 제38항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질을 함유하지 않는 복합재의 상대 굴곡 모듈러스에 비해 상대 굴곡 모듈러스가 약 8% 이상 증가되는, 복합재.
  40. 제20항에 있어서, 공유결합된 염료를 함유하지 않는 알루미나 수화물 입상 물질을 동일한 양으로 포함하는 복합재에 비해 충격 강도가 약 5% 이상 높은, 복합재.
  41. 제40항에 있어서, 공유결합된 염료를 함유하지 않는 알루미나 수화물 입상 물질을 동일한 양으로 포함하는 복합재에 비해 충격 강도가 약 8% 이상 높은, 복합재.
  42. 제20항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질을 함유하지 않는 중합체 매트릭스의 상대 결정화도 %에 비해 알루미나 수화물 입상 물질을 약 5중량% 이상 갖는 복합재의 상대 결정화도 %가 약 5% 이상 증가되는, 복합재.
  43. 제20항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질을 함유하지 않는 중합체 매트릭스에 비해 T50 온도가 약 1% 이상 높은, 복합재.
  44. 안료가 혼입된 중합체 매트릭스를 포함하는 복합재로서, 상기 안료가 보에마이트 입상 물질의 표면에 공유결합된 트리아진 염료를 포함하고, 보에마이트 입상 물질의 비표면적이 약 250m2/g 이하이고 평균 입자 크기가 약 1,000nm 이하인, 복합재.
  45. 제44항에 있어서, 보에마이트 입상 물질 약 2 내지 약 25중량%를 포함하는, 복합재.
  46. 제44항에 있어서, 보에마이트 입상 물질의 종횡비가 약 2:1인, 복합재.
  47. 제44항에 있어서, 트리아진 염료가 알루미나 수화물 입상 물질의 표면 상의 하이드록실 그룹의 수소 원자 대신 공유결합되는, 복합재.
  48. 제44항에 있어서, 중합체 매트릭스가 폴리올레핀 및 할로겐화 폴리올레핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 복합재.
  49. 제44항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질을 함유하지 않는 복합재의 상대 굴곡 모듈러스에 비해 상대 굴곡 모듈러스가 약 5% 이상 증가되는, 복합재.
  50. 제44항에 있어서, 공유결합된 염료를 함유하지 않는 알루미나 수화물 입상 물질을 동일한 양으로 포함하는 복합재에 비해 충격 강도가 약 5% 이상 높은, 복합재.
  51. 제44항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질을 함유하지 않는 중합체 매트릭스의 상대 결정화도 %에 비해 알루미나 수화물 입상 물질을 약 5중량% 이상 갖는 복합재의 상대 결정화도 %가 약 5% 이상 증가되는, 복합재.
  52. 제44항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질을 함유하지 않는 중합체 매트릭스에 비해 T50 온도가 약 1% 이상 높은, 복합재.
  53. 알루미나 수화물 입상 물질을 포함하는 슬러리를 제공하는 단계 및
    상기 슬러리에 염료를 첨가하여 안료 슬러리를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 염료가 알루미나 수화물 입상 물질의 표면 그룹과의 공유결합을 용이하게 하기 위한 관능성 그룹을 포함하는, 안료의 형성방법.
  54. 제53항에 있어서, 슬러리를 제공하는 단계가 수용액 중에 알루미나 수화물 입상 물질 약 30중량% 이하를 제공하는 단계를 포함하는, 안료의 형성방법.
  55. 제54항에 있어서, 슬러리를 제공하는 단계가 수용액 중에 알루미나 수화물 입상 물질 약 20중량% 이하를 제공하는 단계를 포함하는, 안료의 형성방법.
  56. 제55항에 있어서, 슬러리를 제공하는 단계가 수용액 중에 알루미나 수화물 입상 물질 약 15중량% 이하를 제공하는 단계를 포함하는, 안료의 형성방법.
  57. 제53항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질이 화학식 Al(OH)aOb(여기서, 0 < a ≤ 3이고, b = (3-a)/2이다)의 조성을 갖는, 안료의 형성방법.
  58. 제57항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 수분 함량이 1 내지 38중량%인, 안료의 형성방법.
  59. 제53항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 비표면적이 약 250m2/g이하인, 안료의 형성방법.
  60. 제53항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 입자 크기가 약 1,000nm 이하인, 안료의 형성방법.
  61. 제53항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 종횡비가 약 2:1 이상인, 안 료의 형성방법.
  62. 제53항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질이 판상 입자, 침상 입자 및 타원형 입자 중의 하나를 주로 포함하는, 안료의 형성방법.
  63. 제53항에 있어서, 슬러리를 제공하는 단계가 pH가 약 7.0 이하인 슬러리를 제공하는 단계를 포함하는, 안료의 형성방법.
  64. 제63항에 있어서, 슬러리의 pH가 약 5.0 이하인, 안료의 형성방법.
  65. 제53항에 있어서, 슬러리를 약 25 내지 약 100℃의 온도로 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 안료의 형성방법.
  66. 제65항에 있어서, 슬러리를 약 400 내지 약 800℃로 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 안료의 형성방법.
  67. 제53항에 있어서, 수용액 속에 염료 약 10중량% 이하의 염료 용액을 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 염료를 첨가하는 단계가 염료 용액을 첨가하는 단계를 포함하는, 안료의 형성방법.
  68. 제53항에 있어서, 안료처리된 슬러리를 건조시켜 건조된 안료를 형성시키는 단계를 추가로 포함하는, 안료의 형성방법.
  69. 제68항에 있어서, 건조된 안료를 제분하여 제분된 안료를 형성시키는 단계를 추가로 포함하는, 안료의 형성방법.
  70. 제69항에 있어서, 제분된 안료를 중합체 매트릭스에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는, 안료의 형성방법.
  71. 제53항에 있어서, 염료가 트리아진 염료인, 안료의 형성방법.
  72. 제53항에 있어서, 관능성 그룹이 할로겐 관능성 그룹을 포함하는, 안료의 형성방법.
  73. 제53항에 있어서, 염료가 설페이토에틸설폰 관능성 그룹을 포함하는, 안료의 형성방법.
  74. 제53항에 있어서, 공유결합을 촉진시키는 단계가 친핵성 치환을 촉진시키는 단계를 포함하는, 안료의 형성방법.
  75. 제53항에 있어서, 공유결합을 촉진시키는 단계가 친핵성 부가를 촉진시키는 단계를 포함하는, 안료의 형성방법.
  76. 안료와 중합체를 혼합하여 중합체 혼합물을 형성하는 단계(상기 안료는 알루미나 수화물 입상 물질과 이러한 알루미나 수화물 입상 물질의 표면 그룹에 공유결합된 염료를 포함한다) 및
    상기 중합체 혼합물을 용융시켜 복합재를 형성시키는 단계를 포함하는, 복합재의 형성방법.
  77. 제76항에 있어서, 안료가 중합체 혼합물의 약 2 내지 약 25중량%를 형성하는, 복합재의 형성방법.
  78. 제77항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질이 보에마이트를 포함하는, 복합재의 형성방법.
  79. 제76항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 비표면적이 약 250m2/g 이하인, 복합재의 형성방법.
  80. 제76항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 입자 크기가 약 1,OOOnm 이 하인, 복합재의 형성방법.
  81. 제76항에 있어서, 알루미나 수화물 입상 물질의 종횡비가 약 2:1 이상인, 복합재의 형성방법.
  82. 제76항에 있어서, 중합체 혼합물을 용융시키는 단계가 중합체 혼합물을 압출시키는 단계를 포함하는, 복합재의 형성방법.
  83. 제76항에 있어서, 염료가 트리아진 염료를 포함하는, 복합재의 형성방법.
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