TWI324170B - Pigments and polymer composites formed thereof - Google Patents

Description

1324170 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本申請案大體而言係關於-種聚合物複合物及顏料。 【先前技術】 通常’希望染色塑膠或聚合物材料用於諸如塑膠消費產 品及聚合物複合物建築材料之多種應用中。該等染色塑膠 及聚合物材料向由其形成之物件提供改良之外觀及美觀特 性。通常，將顏料或染料添加至聚合物材料中以產生染色 聚合物材料。 然而’傳統染色聚合物材料會褪色、掉色（ι· c〇㈣或 經受美觀上令人不悅之變色。傳統染料可自聚合物材料浸 出或可經因熱降解或暴露於諸如紫外線電磁ϋ射之輻射引 起之降解而掉色或漂白。浸出為摻合於鹵化聚烯烴中之染 料所特有的問題。鑒於此，包括該等染料之聚合物材料可 具有不良色牢度。 不良分負 顏料於考 蓉於此， 該等相容齊 顏料係使用 且亦可影響 度、穩定性

另外，傳統顏料難以與聚合物材料一起分散 導致染色聚合物材料之渦漩及顏色變化。另外 膠物品中之不良分散可導致不合意之機械性質 通常使用相容劑使顏料分散於聚合物_中。 包括夕種有助分散顏料之有機化合物。另外， 高煎切機械方法分散。然而，相容劑通常昂貴 染色聚合物材料之機械性質。 因此，工業上繼續存在提供具有？文良之堅牢 及抗你白及顏色浸出性之顏料及塑膠的需求。 116116.doc 1324170 【發明内容】 在一特定實施例中，顏料包括水合氧化鋁顆粒材料及染 料。該染料係共價結合於水合氧化鋁顆粒材料之表面。 在另一例示性實施例中，複合材料包括聚合物基質及分 散於該聚合物基質中之顏料。該顏料包括水合氧化鋁 材料及染料。該染料係共價結合於水合氧化紹顆粒材料之 表面。 • 纟另一例示性實施例中，複合材料包括併入顏料之聚告 物基質。該^料包括共價、结合於水銘礦顆粒材料之表面^ 三畊染料。水鋁礦顆粒材料具有不大於約25〇 一仏之比表 面積且具有不大於約1000 nm之平均粒度。 在另-實施例中，形成顏料之方法包括提供包含水合氧 化銘顆粒材料之漿液及添加染料及該漿液以形成顏㈣ 液。該染料包括經組態以促進與水合氧化紹顆粒材料之表 面基團共價結合的官能基。 •在另-實施例中’一種形成複合材料之方法包括混合顏 料與聚合物以形成聚合物混合物。該顏料包括水合氧化銘 顆粒材料及共價結合於水合氧化銘顆粒材料之表面基團之 :料。該方法亦包括溶融該聚合物混合物以形成複合材 料0 【實施方式】 在=定實施财，複合材料係由聚合物基質及顏料形

成 該顏料包;fe Η ^ II AI A 水合氧仙赫之表面之 ㈣的水合氧化紹顆粒。舉例而言，該染料可經共價結合 M6ll6.doc 丄324170 置換該水合氧化銘顆粒之經基表面基團之氫且結合於氧。 •在一例示性實施例中，聚合物基質係由聚烯煙或齒化聚稀 • 烴形成。 • 在另—例示性實施例中，—種形成顏料之方法包括製備 ，&括水合氧化㈣粒材料之漿液。該方法進-步包括添加 染料至該漿液中以形成顏料漿液。該染料具有經組態以促 進與該水合氧化鋁顆粒材料、諸如與該水合氧化鋁顆粒材 鲁料之表面上之羥基共價結合之官能基。一旦形成顏料漿 液，則其可經乾燥且研磨以產生顏料。在一特定實施例 中顏料可與聚合物材料，諸如熱塑性聚合物，摻合且經 擠出或熔融摻合以形成複合材料。 在一例示性實施例中’複合材料包括聚合物基質及分散 於該聚合物基質中之顏料。該聚合物基質可由熱塑性聚合 材料或熱固性聚合材料形成。在一實例中，聚合物基質係 由諸如聚烯烴或經齒化聚烯烴之熱塑性聚合物形成。舉例 φ 而言’該熱塑性聚合物可包括由諸如乙烯、丙烯、氣乙 烯、偏二氣乙烯、氟乙烯、偏二氟乙烯、四氟乙烯、氯三 氟乙烯或其組合之單體形成之聚合物、聚合物摻合物或共 聚物。鑒於此’熱塑性聚合物可包括聚乙烯、聚丙烯、聚 氯乙烯（PVC)、聚偏二氣乙烯（PVDC)、聚氟乙烯（PVF)、 聚偏二氟乙烯（PVDF)、聚四氟乙烯（PTFE)、聚氣三氟乙烯 (PCTFE)或其組合《在另一例示性實施例中，熱塑性聚合 物可包括包含以下各物之聚合物、聚合物摻合物或共聚 物：聚丙稀酸酯’諸如聚甲基丙稀酸甲酯（PMMA)、聚丙 116116.doc 1324170 烯酸甲醋（PMA)、聚丙烯酸（PAA)、聚丙烯酸丁酯（pba); 聚醯胺，諸如耐綸6、耐綸U、耐綸12;聚酯，諸如聚對 苯二甲酸乙二酯（PET)或聚對苯二曱酸丁二酯（pbt);聚胺 基甲酸酯，聚碳酸酯；或纖維素，包括其酯或硝酸酯。在 另一實例中，熱塑性聚合物可為包括以下各物之聚合物、 聚合物摻合物或共聚物：乙酸乙烯乙酯（EVA)、乙基乙烯 醇（EVOH)、乙烯丙烯二烯單體（EpDM)、聚曱基戊烯 (PMP)、聚氧化乙稀（peo)或聚趟醚酮（pEEK)。 或者，聚合物基質可由熱固性聚合物形成。舉例而言， 聚合物基質可由諸如環氧樹脂、❹樹月旨、三聚氛胺、咳 喃、尿素-甲醛、聚胺基甲酸酯、聚矽氧、乙烯酯或不飽 和聚酯樹脂之聚合物形成。 在一例示性實施例中，複合材料包括分散於聚合物基屬 中之顏料。該顏料包括具有共價結合於水合氧化銘顆粒之 表面之染料的水合氧化鋁顆粒材料。 φ 通常，水合氧化鋁顆粒材料包括符合式Al(〇H)a〇b(苴中 〇<也且b=(3.a)/取水合氧仙。通常，水合氧化铭顆粒 材料具有約i重量％至約38重量％之水含量諸如心重量 %至約38重量％之水含量。在一特定實施例中水合氧化 銘顆粒材料不含非氧化鋁陶瓷物質， • 瓦〇員兑尤其不含二氧化矽 及鋁矽酸鹽物質。舉例而言，當a=〇 -紹⑷2〇3)。 砰料對應於氧化 水合氧化鋁顆粒材料可包括於通常已知為鋁礬土、三 銘礦或铭土礦之礦物形式中之諸如ATH(三氫氧化銘二 116! 16.doc 氧化鋁，或可包括單水合氧化鋁， 作诸如在日日種熱液處理中 結前驅物，更料地描述如·^ 進步加工中之高 尤=實施例，水合氧化銘粒子具有通常至少約21且 橫::ιΓ:1，諸如至少約4:1或至少約6:1之縱橫比，縱 :義t最長尺寸與垂直於該最長尺寸之另_最長尺寸 比率。特定實施例具有相對細長之粒子，諸如至少約 •、^少約1〇:1 ,且在特定實例中，至少約14:1。 如2參考水合氧化銘粒子之形態，可利用不同形態諸 ，1子、橢絲粒子及小板狀粒子。舉 :狀㈣之粒子可進-步參考定義為第二最長尺寸與垂！ 率=冑長尺寸及該第二最長尺寸之第三最長尺寸的比 的第-縱橫比來表徵。針狀粒子之第二縱橫比通常不大 :約3:卜通常不大於約2:1或不大於約15:1且時常為約 .第一縱橫比通常描述垂直於該最長尺寸之平面中粒 子之橫戴面幾何形狀。應注意’因為本文之術語縱橫比用 於表不最長尺寸與另-最長尺寸之比率，所以可將其稱為 主要縱橫比。 根據另-實施例，水合氧化銘粒子可為通常具有上述與 針狀粒子相關之主要縱橫比之細長結構的板狀或小板狀粒 子。然而’小板狀粒子通常具有相對之主要表面，該等相 對之主要表面通常為平坦的且通常彼此平行。另外，小板 狀粒子可表徵為具有大於針狀粒子之第二縱橫比的第二縱 116116.doc •10· 橫比，通常至少約3:1 ’諸如至少約6:1或至少約10:1。通 常，垂直於該等相對之主要表面或面之最短尺寸或邊緣尺 寸通常小於50奈米，諸如小於約4〇奈米或小於約奈米。 根據另一實施例，水合氧化鋁粒子可為通常具有上述與 針狀粒子相關之主要縱橫比之細長結構的橢球狀粒子。另 外，該等橢球狀粒子可表徵為具有不大於約2:1、不大於 約1.5 :1或約1:1之第二縱橫比。 水合氧化鋁顆粒材料之形態可進一步根據粒度且更特定 言之平均粒度來定義。如本文所使用之"平均粒度"係用於 表不粒子之平均最長尺寸或長度尺寸。通常，平均粒度不 大於約1000奈米，諸如約75奈米至約1〇〇〇奈米。舉例而 言，平均粒度可不大於約8〇〇奈米、不大於約5〇〇奈米或不 大於約300奈米。在精細顆粒材料之情況下，實施例具有 不大於250奈米、諸如不大於225奈米之粒度。歸因於某些 實把例之加工限制，最小平均粒度通常為至少約乃奈米， 諸如至少約1 00奈米或至少約1 3 5奈米。 V因於粒子之細長形態，習知之表徵技術通常不適合量 測平均粒度，因為表徵技術通常基於粒子為球形或近似球 形之假定。因此，平均粒度係藉由取多個代表性樣品且物 理上量測代表性樣品中可見之粒度來測定。該等樣品可由 種諸如知·抱電子顯微法（SEM)之表徵技術獲取 術語平 均粒度亦表不與個別可鑑別之粒子（無論為分散形式或聚 結物形式）相關之主要粒度。當然，聚結物具有相對更大 之平均粒度且本揭示案並不集中於聚結物之篩分。 ^61 l6.doc 除水合氧化銘顆粒材料之縱橫比及平均粒度以外，顆粒 材料之形,4可根據比表面積進—步表徵。本文中，顆粒材 料之比表面積涉及可由通常可用之BET技術量測之比表面 積根據本文之實施例，水合氧化鋁顆粒材料具有通常不 小於約10 m2/g、諸如不小於約2〇 m2/g、3〇 m2/g或不小於 約4〇 m2/g之比表面積。因為比表面積為粒子形態以及粒度 之2函數，所以通常而言實施例之比表面積不大於約25〇 /g諸如不大於約200 m2/g或不大於約1〇〇 m2/g。詳言 之表面積可為約50 m2/g至250 m2/g。在一例示性實施例 中，針狀水合氧化鋁顆粒具有約1〇() m2/g至約25〇 m2/gi 比表面積。在另一例示性實施例中小板狀水合氧化鋁顆 粒具有約50 m2/g至約98 m2/g之比表面積。 在一特定實施例中，當通式Al(〇H)a〇b(其中〇<a$3且 b (3-a)/2)中之8大約為一（〇時，則水合氧化鋁材料對應於 水鋁礦。更一般而言，本文之術語，’水鋁礦π用於表示包括 通常為八丨2〇3 .仏0且具有15%量級之水含量之礦物水鋁礦 以及具有大於15〇/。之水含量、諸如2〇38重量％之水含量之 假水鋁礦的水合氧化鋁。鑒於此，術語"水鋁礦"將用於表 不具有15重量％至38重量％水含量、諸如15重量％至3〇重 里％水含量之水合氧化鋁。應注意，水鋁礦（包括假水鋁 礦）具有特定且可鑑別之晶體結構及因此獨特的X射線繞射 圖’且鐾於此’其不同於包括其他水合氧化鋁之其他高鋁 物質。水铭礦可經由晶種加工途徑加工諸如高鋁前驅物之 向紹礦物來獲得以提供合意的形態及粒子特性。 n61l6.doc 12 1324170 根據一實施例 水紹礦粒子具有至少約2:1及尤其至少 際上，某些實施例具 不小於10:1，且在一 3:1、至少4:1或至少6:1之縱橫比。實 有相對細長之粒子，諸如不小於8:1、 些情況下不小於14:卜如先前所討論之高銘物f，水㈣ 具有多種形態，諸如針狀粒子、橢球狀粒子及小板狀粒 子0

轉向可製造水鋁礦顆粒材料之方法的詳細描述’通常， 橢圓狀、針狀或小板狀水_粒子由水㈣前驅物、通常 為包括銘氧礦物之高_質藉由通常描述於上述共同擁有 之專利（美國專利第4,797，139號）之熱液處理形成。更具體 而言，水紹礦顆粒材料可藉由以下步驟形&:將水铭礦前 驅物與水鋁礦晶種組合於懸浮液中，將該懸浮液（或者， 溶膠或漿液）暴露於熱處理中以使原料轉化為水鋁礦顆粒 材料’其進-步受提供於懸浮液中之水㈣晶種影響。加 熱通常在自生環境(亦即，在一高壓釜)中進行以在加工期 間產生高壓。懸浮液之pH值通常係選自小於7或大於8之 值，且水鋁礦晶種材料具有比約〇5微米更精細之粒度。 通常，晶種粒子以水鋁礦前驅物（以Ah〇3計算）之大於約！ 重量％之量存在且加熱在大於約12(rc之溫度、諸如大於約 125°C或甚至大於約13(rc之溫度下且在自生產生之壓力、 通常約30 psi之壓力下進行。 顆粒材料可在與相對低之晶種量及酸性pH值組合之擴展 之熱液條件下製造以使水鋁礦沿一個軸或兩個軸擇優生 長。更久之熱液處理可用於產生甚至更長之水鋁礦粒子或 116116.doc 13· 1324170 更高縱橫比之水鋁礦粒子及/或通常更大之粒子。 ‘ 諸如經熱液處理之熱處理及水鋁礦轉化之後，液體内含 • 物通常（諸如）經由超濾法或藉由蒸發剩餘液體之熱處理來 移除。此後，所得質量通常經壓碎至100網目。應注意， 本文所述之顆粒大小通常描述經加工而非聚結形成之單個 〆 微晶’其可保留於某些實施例中（例如，用於彼等需要聚 結材料之產物）。 鲁 數個之數可在水銘礦原料加工期間改變以實現所需之形 態。该等變數特別包括重量比（亦即，水鋁礦前驅物與水 鋁礦晶種之比率）、加工期間所使用之酸或鹼之特定類型 或種類（以及相對之pH水平）及系統之溫度（其與自生熱液 環境中之壓力成正比）。 詳言之，當改變重量比而使其他變數保持恆定時，則形 成水鋁礦顆粒材料之粒子的形狀及大小改變。舉例而言， 當加工在l8(rc下在2重量％之硝酸溶液中進行2小時時， • ΑΤΉ與水鋁礦晶種以90:10之比率形成針狀粒子（ATH為— 種水铭礦前驅物）。相反，當ATH :水銘礦晶種比減小至 80:20之值時，粒子變得更具橢球狀。更進一步而言當 該比率進一步減小至6〇:4〇時，粒子變為近似球形。因 . 此，最通常而言，水鋁礦前驅物與水鋁礦晶種之比率不小 於約60:40，諸如不小於約7〇:3〇或不小於約8〇:2〇。然而， 為確保適當晶種量以促進所需之精細顆粒形態，水鋁礦前 驅物與水鋁礦晶種之重量比通常不大於約98:2 ^基於上 文，增加重量比通常使縱橫比增加，而降低重量比通常使

116116.doc •14- 縱橫比降低。 另外，當酸或鹼之類型改變時，保持其他變數恆定，粒 子之形狀(例如，縱橫比)及大小受影響。舉例而言，當加 工在180。(：下在ATH與水鋁礦晶種以9〇:1〇之比率於2重量％ 硝酸溶液中執行2小時時，則所合成之粒子通常為針二。 相反，當酸經肥⑴重量％或更低之含量代替時，則所合 成之粒子通常為近似球形。當使用2重量％或更高之HU 時，則所合成之粒子通常為針狀。以i重量％之甲酸，所 合成之粒子為小板狀。另外，在使用鹼性溶液之情況下， 諸如1重量％之KOH，所合成之粒子為小板狀。若使用酸 與鹼之混合物時，諸如使用丨重量％之尺〇11與〇 7重量％之 硝酸，則所合成之粒子之形態為小板狀。值得注意地，酸 與鹼之上述重量％值僅以各自固體懸浮液或漿液之固體含 里4" ’且不以毁液之總重量之總重量％計。 合適之酸及鹼包括諸如硝酸之無機酸，諸如甲酸之有機 1 諸如鹽酸之齒酸及諸如硝酸銘及硫酸鎮之酸式鹽。有 效鹼包括（例如）包括氨之胺，諸，如氫氧化鉀之鹼金屬氫氧 化物’諸如氫氧化鈣之鹼土金屬氫氧化物及鹼式鹽。 更進一步而言’當溫度改變而保持其他變數恆定時，則 通常發生粒度變化。舉例而言，當加工在ATH與水鋁礦晶 種以90:1 〇之比率於2重量％之硝酸溶液中在15〇它下進行2 小時時’自XRD(X-光繞射表徵法）可見結晶大小為^5埃。 然而’在16(TC下，可見平均粒度為143埃。因此，當溫度 增加時’粒度亦增加，表示粒度與溫度之間成正例關係。 116H6.doc 丄 根據本文所述之實施例’可使用相對有效且靈活之加工 方法以製造所需之形態之前驅物水鋁礦產物。特別重要 地’實施例利用晶種加工產生具有可產生所需精細平均粒 度及党控粒度分佈之高度加工控制的節省成本之加工途 徑。（1)加工方法之鑑別及控制關鍵變數，諸如重量比、酸 及鹼之種類及溫度與（ii)基於加晶種技術之組合具有特別 的重要性，其提供所需水鋁礦顆粒材料形態之可重複且可 控制的加工。 顏料係由共價結合於染料之水合氧化鋁、諸如如上所述 之水合氧化鋁形成。在一例示性實施例中，該染料為有機 染料。舉例而言，染料可為有機染料，諸如蒽染料、偶氮 染料、吖啶染料、吖畊染料、呤畊染料、噻畊染料、喹啉 染料、聚次甲基染料、腙染料、三啡染料、卟啉染料、紫 菜畊染料、硫染料、喹吖啶酮染料 '甲臢（f〇rmazane)染 料、硝基染料、亞硝基染料、次甲基偶氮染料及多元醇染 料。在一特定實施例中，染料包括三畊染料，諸如 Cibacron HD200%(紅色）、PBN_GR(紅色）、C_2BL(紅色）、 FN-2BL(紅色）、PB6R-GR150%(棕色）、CB(藏青色）或 FN- B(藏青色）’各染料均可獲自ciba Specialty Chemicals。在 另一實施例中，染料包括多元醇染料。 在一特定實施例中，染料包括經組態以促進與水合氧化 铭共價結合的官能基。舉例而言，該官能基可經受反應以 與水合氧化紹顆粒之表面上之羥基之氧形成共價鍵。詳言 之’該官能基可促進與水合氧化鋁顆粒之表面上之羥基的 116116.doc • 16 - 1324170 親核性取代或親核性加成，諸如與羥基之氧形成共價鍵置 - 換氫。例示性官能基包括函素原子，諸如氟、氯或溴。官 • 能基之另—實例包括硫酸根絡乙基颯。另一例示性官能基 • 可包括矽烷醇、锆酸酯、鈦酸酯、羧酸及羧酸酯、醛、磺 • 酸或膦酸。通常，官能基附著於有機染料之碳原子，諸如 - 冑機染料之官能環之碳原子。在-特定實施例中，官能基 係結合於染料之三畊環之碳原子。 與在粒子表面上之弱二次結合機理或材料層之間的插入 機理相比，染料共價結合於水合氧化鋁顆粒材料之表面之 證據說明於以下提供之表丨中。表丨說明表面鋁原子及水合 氧化鋁顆粒材料（在此情況下，水鋁礦）之氧原子之平均結 合能且將該等結果與含水鋁礦及染料之樣品比較。表面鋁 及氧原子之平均結合能係使用歐傑光譜學 spectroscopy)量測。表1說明添加染料之後，鋁原子之平均 結合能減少且水合氧化鋁顆粒材料表面上之氧原子之平均 φ 結合能增加，此表明染料與水鋁礦粒子表面上之氧原子之 間共價結合。 ^

表1 :兩個樣品之歐傑光譜學，其說明隨著染料之添加， 水紹礦表面之A1與〇原子之結合能的變化。 Π6116.doc (S ) 1324170 為了形成顏料，可使染料與顆粒水合氧化鋁反應。舉例 而言’可由顆粒水合氧化鋁形成漿液。該漿液可包括含水 液體或有機液體。在一例示性實施例中，該漿液為包括不 大於約30重量％之水合氧化鋁顆粒、諸如不大於約2〇重量 %或不大於約15重量％之水合氧化鋁顆粒的含水漿液。在 另一例示性實施例中，該槳液具有不大於約7〇、諸如不 大於約5.0之pH值。 在一例不性方法中，漿液經加熱至約25。〇至約1〇〇它、 諸如約40 c至約80 c之範圍。將具有經組態以促進與該水 合氧化鋁共價結合之官能基的染料添加至該漿液中。在一 例示性實施例中，染料可包括於添加至該漿液中之染料溶 液中。在-特定實例中，染料溶液為包括不大於約ι〇重量 %之染料的水溶液。在另一實例中染料可為添加至該漿 液中之粉末。可機械地混合或攪動該漿液。 一旦形成顏料，則可乾燥該顏料。舉例而言，顏料可經 喷霧乾燥。經乾燥之顏料可經研磨、諸如經球磨器研磨以 形成顏料粉末。 當熱塑性聚合物形成聚合物基質時，形成複合材料之方 法包括將該聚合物與該顏料乾式混合，以形成聚合物混合 物。可將該聚合物混合物熔融以形成複合物。舉例而言， 可將該聚合物混合物擠出。或者，可將該聚合物混合物熔 融摻合。 當熱固性聚合物形成聚合物基質時，形成複合材料之方 法包括將顏料與聚合物前驅物之溶液摻合。舉例而言，可 116116.doc • 18- 在高剪切條件下將乾燥顏料與該溶液混合。在另一實例 中，可將顏料溶液與該聚合物前驅物溶液混合。 f 一例示性實施例中’複合材料包括約2重量％至約25 重量％之顏料°舉例而言，該複合材料包括約5重量％至約 10重量％之顏料。另外，該複合材料可包括約6〇重量％至 約98重量％之聚合物材料，諸如約7〇重量％至約95重量％ 之聚合物材料。當該組合物以百分率、諸如重量百分率表 示時，應理解，一特定組份之百分率之規格會影響組合物 内之其他組份之百分率且所有組份之累計百分率決不能大 於 100%。 除顏料外，複合物亦可包括相容劑、填充劑、抗氧化 劑、紫外輻射吸收劑、增塑劑或其組合。舉例而言，該複 合物可包括增塑劑以改良加工性能。在另一實例中，該複 合物可包括抗氧化劑或紫外輻射吸收劑以改良耐候性。在 另一實施例中，該複合物可包括相容劑以改良聚合物摻合 物之聚合物之間的相容性或者改良顏料之分散性。或者， 共價結合於水合氧化鋁顆粒之染料可提供相容性質β在一 特定實施例中，該複合物不含相容劑，而展示等效或增強 之水合氧化铭顆粒之分散性。 根據一例示性實施例，與無水合氧化鋁顆粒材料之聚合 物基質之相對撓曲模數相比，包括聚合物基質及具有共價 結合於水合氧化鋁粒子之表面之染料的水合氧化鋁顆粒材 料的複合材料具有改良之相對撓曲模數。在一實施例中， 與無水合氧化鋁顆粒材料之聚合物基質之相對撓曲模數相 116116.doc 19 '：£ 1324170 比，該複合物具有改良至少約5%，諸如至少8%、至+ 100/。或至少15%之相對撓曲模數。 在另一例示性實施例中’與具有等量負荷之共價結合之 染料之水合氧化鋁顆粒材料之衝擊強度相比，包括聚合物 基質及具有共價結合染料之水合氧化鋁粒子的複合材料具 有改良之衝擊強度。鑒於此，在某些實施例中，當與具= 無共價結合之染料之水合氧化鋁顆粒材料相比時，具有聚 合物基質及顏料之複合物證明衝擊強度改良至少約5〇/〇， 諸如至少約8 %或至少約1 〇 %。 在另一例示性實施例中，對具有特殊固體負荷含量之水 合氧化鋁顆粒材料及共價結合之染料的複合物而言，複合 材料之相對結晶度百分率得以改良。根據一實施例，與^ 顏料之聚合物基質相比，具有固體負荷為至少5重量％之 包括共價結合之染料之水合氧化㈣粒材料之聚合物基質 的複合材料的相對結晶度百分率增加至少約5%〇在另— 實施例中’與無顏料之聚合物基質相比，複合材料之相對 結晶度百分率增加至少約8%，諸如至少約10%或至少約 11%。根據另一實施例’與非複合聚合物基質相比具有 更问固體負荷含量、諸如約1G重量％之水合氧化铭顆粒材 料之複合材料證明相對結晶度百分率增加至少約5%、諸 如至少約7%或至少約10〇/〇。 向水合氧化铭粒子表面添加具有共價結合之染料的水a 氧化銘顆粒材料提供其他改良之特徵，諸如更高之τ5〇: Τ50為熱解重置分析中樣品具有其初始樣品重量之一半時

Il6116.doc -20- 1324170 的溫度：在一例示性實施例中，與非複合聚合物基質相 3併入具有共價結合之染料之水合氧化銘顆粒材料之 -聚合物基質的複合物的T50得以改良。根據一實施例，與 .#複合聚合物基質相比’含併人具有共價結合之染料之水 合氧化鋁顆粒材料之聚合物基質的複合物具有至少約 1%，諸如至少約3°/。或至少約1〇%之增加之丁5〇。 實例 I 實例1.顏料合成 如上所述加工之水鋁礦顆粒材料提供作為水合氧化鋁顆 粒物質。水鋁礦具有針狀形態且負荷於水性溶劑中以形成 /、有、力1 5重量％之水鋁礦之固體負荷之水鋁礦溶膠。水鋁 礦溶膠之pH值為酸性且維持在約3 〇至4〇之範圍内，同時 將溶膠加熱至約6(TC與7(rc之間的溫度且混合。 染料溶液係藉由將0.5公克具有硫酸根絡乙基砜官能基 之三啡染料組合於400 ml去離子水十來形成。將該染料溶 φ 液加熱至約60°C與7(TC之間的溫度且混合。 將染料溶液添加至水鋁礦溶膠中同時在6〇〇c與7〇〇c之間 的溫度下繼續混合約2小時以形成顏料溶膠。混合後，將 顏料溶膠冷卻’將過量液體傾析且將顏料溶膠藉由冷康乾 . 燥或轉鼓乾燥進行乾燥以形成顏料粉末。隨後，將顏料粉 末於一球磨機中研磨約2小時以破碎聚結物。 實例2.複合物 該顏料粉末係與聚丙烯聚合物基質混配。混配係在—3〇 mm、40:1 L/D 之 Werner & Pfleidered 製造之 ZSK-30 共旋轉 116116.doc -21 - 1324170 嚙。又擠壓機中執行，以400 rpm執行。區域溫度設定點 在第一區域自388Τ逐漸增加至450卞，而模溫設定在 450 F將粉末形式之聚丙烯與紅色染料水鋁礦混合於一 』膠衣中，該紅色染料水鋁礦可根據實例丨之方法由針狀 水鋁礦與CIBACR0M HD2〇〇%形成。將混合物置放於雙擠 壓機之一進料漏斗中且進料速率約為2〇 lb/hr。

樣品使用Van D〇rn 120HT機器經模製而形成，該機器裝 備有具有38 mm(1.5 in)之直徑及3:1之壓縮比之標準3段螺 杯。螺釘之尖端為扣環以減少射出期間之逆流。機筒經三 個加熱帶電性加熱且喷嘴亦經—加熱帶加熱。溫度分佈自 進料喉處之380Τ增加至喷嘴處之44〇卞。 模型經水冷卻至8〇ν。夾持力設置為大約78噸。劑量大 小為1]吋與大約口立方吋之實際射出體積相關。射 出之後’保持壓力大約為嶋·· psi且保持時間大約為 10秒。 參考圖1，與聚丙烯之相對撓曲模數相&，包括聚丙稀 及具有共價結合之染料之針狀水鋁礦之複合物展示改良之 相對撓曲模數。如圖i所說明，肖無顏料之聚丙烯相比， 具有3重量％之顏料之複合物證明相賴曲模數增加大約 15%，具有10重董％之顏料的複合物說明相對撓曲模數增 加大約21 %。 在一例示性實施例中，加顏料之聚丙烯展示改良之衝擊 強度。舉例而f，參考圖2,包括聚丙稀及不同固體負荷 之具有共價結合之染料之水鋁礦的複合物的衝擊強度係與 I16116.doc -22· 包括聚丙烯及無共價結合之染料之水鋁礦的複合物之衝擊 強度相比較。如圖2所說明，與具有等量固體負荷之無共 - 價結合之染料的水鋁礦相比，各併入染料之複合物證明衝 擊強度得以改良。 在一特定實施例中，包括聚丙烯及顏料之複合物展示增 加之相對結晶度百分率。參考圖3，聚丙烯之相對結晶度 百分率係與包括聚丙烯及多種負荷百分率之具有共價結合 之染料之水鋁礦的複合物之相對結晶度百分率相比較。如 圖3所說明，當與非複合聚丙烯樣品相比時，具有5重量％ 之水鋁礦及共價結合之染料的複合材料證明相對結晶度百 分率增加約11%，且含10重量％之具有共價結合之染料之 水鋁礦的複合物樣品證明相對結晶度百分率增加約9%。 參考圖4,聚丙烯之T50係與包括聚丙烯及顏料之複合物 之T50相比較。如圖4所說明，與非複合聚丙烯樣品相比， '、有重里4之顏料之複合材料證明T50增加1.29%。當與 φ 非複合聚丙烯樣品相比時，包括5.0重量％之顏料之複合物 樣品證明Τ50增加3.22。/。且包括1〇〇重量％之顏料之樣品證 明所量測之Τ50增加1〇.9〇/0。 本發明之態樣使水鋁礦顆粒材料能夠應用於多種應用 . 中’諸如需要更高硬度及/或諸如氟化聚合物之熔融加工 之涉及高溫加工之應用中。阻燃性、υν保護、耐候性、 耐化學性、熱傳導性及電阻性質使本發明之顏料成為重要 的工業材料《其他用途包括用作紙張之添加劑、噴墨列印 中之油墨吸收劑、過濾介質或電子工業中所用之化學機械 116116.doc -23· 1324170 研磨所需之研磨劑。 雖然本發明已在特定實施例争加以 希矽士政。Q ，但並不 帝里本發明侷限於所示之詳細描述， u為在不以任何方式 月離本發明之範圍之情況下，可對本 -^ 進仃多種修改及 戈：。舉例而言’可提供其他或等效代替物且可使用其他 或專效產生步驟。鐾於此，僅使用常規實驗，Μ此項技 術者可實現本文揭示之本發明之其他修改及等價物，且咸

信所有該等修改及等效物均在由下列申請專利範圍界定之 本發明之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1、圖2、圖3及圖4包括例示性聚合物複合物之諸如相 對撓曲模數、衝擊強度、相對結晶度百分率及T5G之材料 性質的說明。 不同圖式中使用之相同參考符號指示類似的或相同的 目。

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Claims (1)

1324170 第095141167號專利申嗜牵 中文申請專利細替換本^年6月）十、申請專利範圍： M[ :種顏料，其包含水合氧化鋁顆粒材料及染料該染料 係直接共價結合於該水合氧化鋁顆粒材料 原子。 1. 之表面上之氧 2.如請求们之顏料，纟中該水合氧化紹顆粒材料具有 A1(〇H)a〇b 之通式組成，其中〇<a$3 且 b=(3-a)/2。 3· 月求項2之顏料，其中該水合氧化銘顆粒材料包含1重 量％至3 8重量。/。之水含量。

4. 如請求们之顏料，纟中該水合氧化紹顆粒材料具有不 大於約1〇〇〇 nm之最長尺寸。 5. 如請求項！之顏料，#中該水合氧化紹顆粒材料具有至 少約2:1之縱橫比。 6. 如請：们之顏料，其中該染料係選自由以下所組成之 群：蒽染料、偶氮染料、吖啶染料、吖畊染料、呤畊染 料、噻喑染料、喹啉染料、聚次甲基染料、腙染料、三 喷染料…卜啉染料、紫菜畊染料、硫染料、喹4啶酮染 料、甲臢（f_azane)染料、硝基染料、亞硝基染料、次 甲基偶氮染料及多元醇染料。 7. 如凊求項1之顏料，其中該染料係經共價結合且置換該 水5氧化铭顆粒材料之表面上之經基之氫。 8· 一種複合材料，其包含： 聚合物基質；及 分散於該聚合物基質中之顏料，該顏料包含水合氧化 铭顆粒材料及m特係直接共價結合於該水合氧 116116-980630.doc 化鋁顆粒材料之表面上之氧原子。 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 如吻求項8之複合材料，其中該水合氧化鋁顆粒材料具 有AK〇H)a〇b之通式組成，其中〇<63且1?=(3_&)/2。 如明求項8之複合材料’其中該水合氧化鋁顆粒材料具 有不大於約1000 nm之最長尺寸。 /、 如明求項8之複合材料’其中該水合氧化鋁顆粒材料具 有至少約2:1之縱橫比。 "、 如-月求項8之複合材料’其中該水合氧化鋁顆粒材料主 要包含小板狀粒子、針狀粒子及橢球狀粒子之一種。 如明求項8之複合材料，其中該染料係選自由以下各染 料組成之群：蒽染料、偶氮染料、吖啶染料、吖畊染 料、圬畊染料、噻畊染料、喹啉染料、聚次甲基染料、 腙染料、三畊染料、卟啉染料、紫菜畊染料、硫染料、 喧。丫咬_染料、曱臢染料、硝基染料、亞硝基染料、次 曱基偶氮染料及多元醇染料。 如請求項8之複合材料，其中該複合材料包含以該複合 材料之總重量計約2重量％至約25重量％的顏料。 如凊求項8之複合材料，其中該聚合物基質係選自由聚 烯煙及經||化聚烯烴組成之群。 如印求項8之複合材料，其中與無水合氧化鋁顆粒材料 之聚合物基質之相對撓曲模數相比，該複合材料具有至 少約5 %之相對撓曲模數增加。 如請求項8之複合材料，其令該複合材料具有比具有一 當量負荷之無共價結合染料之水合氧化鋁顆粒材料的複 116116-980630.doc 1324170 18. 19. # 20. 21. 22. 如請求項18之方法， 30重量％之於水溶液 如請求項18之方法， 大於約7.0之漿液。 如請求項18之方法 取代。

合材料高至少約5%的衝擊強度。 一種形成顏料之方法，該方法包含： 提供包含水合氧化鋁顆粒材料之漿液；及 添加染料及該漿液以形成顏料漿液，該染料包括經組 態以促進與該水合氧化鋁顆粒材料之表面基團之氧原^ 直接共價結合的官能基。 、 其中提供該漿液包含提供不大於約 中之該水合氧化鋁顆粒材料。 其中提供漿液包含提供具有pH值不 如h求項18之方法，且推 重量。之毕料於水形成具有不大於約 之染枓於水洛液中的染料溶液；且 料包含添加該染料溶液。 八’、^ 其中促進共價結合包括促進親核性 116ll6-980630.doc