193706. lajstromszámú szabadalom • Felületkezelt töltőanyag polimerekhez és műanyag kompozíció
A találmány polimerekhez használható felületkezelt töltőanyag és ennek segítségével előállított műanyag kompozíció. A polimerekhez gyakran használnak töltőanyagot a termék árának csökkentése és/ /vagy fizikai tulajdonságainak módosítása céljából. A legnagyobb volumenben felhasznált szervetlen töltőanyagok közé tartozik a kalcium-karbonát, amelynek előnye a fehér szín, a viszonylag alacsony keménységi fok, a természetben való széleskörű előfordulás, stb. A kalcium-karbonát hátránya, hogy felületén nedvességet köt meg és így az őrlemények a tárolás során, különösen siklóban hajlamosak az agglomerálódásra a levegő nedvessége hatására, ezért a siklóban leeresztéskor veszélyes boltozódás lép fel. A kalcium-karbonát hidrofil tulajdonsága és agglomerációs hajlam miatt a műanyagokhoz és kaucsukokhoz rosszul tapad, bekeveréskor csak nagy nyírási energia befektetésével és nem kielégítő mértékben diszpergálható. A találmány tárgya olyan felületkezelt kalcium-karbonát és az ezzel készített polimer-kompozíció, amely a fenti hátrányokat kiküszöböli. Ismeretesek olyan felületkezelő eljárások, amelyek a kalcium-karbonát és a polimerek közötti tapadást javítják és a diszpergálhatóságot segítik. A felületkezelés leggyakrabban ionos vagy nemionos tenzidekkel történik. Ma már hagyományosnak tekinthető a zsírsavak kalcium szappaniaval, illetve a sztearinnal vagy más szerves savval történő kezelés (L.I. Hass: Encyclopedia of PVC, M. Dekker, New York 1976). A töltőanyagok hidrofobizálására javasolt tenzidek kémiai szerkezetüket tekintve rendkívül sokfélék, pl. leírják foszforsav részészterek (1 506 578 sz. nagy-britanniai szabadalmi leírás), szerves aminok (1 393 721 sz. nagy-britanniai szabadalmi leírás), hosszúszénláncú alkoholok (1 395 700 és 1 421 713 sz. nagy-britanniai szabadalmi leírások) és többfunkciós alkoholok éterének (1 792 086 sz. német szövetségi köztársaságbeli szabadalmi leírás) alkalmazását. A tenzidekkel történő felületkezelés előnye, hogy viszonylag olcsó vegyszerek alkalmazhatók, bár ezek is 10—100-szor drágábbak, mint a kezelni kívánt töltőanyag. Hátránya a megoldásnak, hogy a töltőanyag és a tenzid között csak adhéziós kölcsönhatás alakul ki és így a polimer feldolgozásnál fellépő nagy nyíróerők hatására a tapadás helyenként megszűnik, ezért a tenzidek a töltőanyag koptató hatását nem csökkentik kellő mértékben. További problémát jelent, hogy a tenzid kedvező hatása többnyire csak egy szűk optimális tenzid/töltőanyag arány mellett érvényesül; kevés tenzidet alkalmazva nincs teljes borítottság, túladagolás esetén viszont a töltőanyag felületén a túl sok tenzid mintegy kenőanyagként működik és választóréteget képez. Müller és munkatársai 2 1 (V. Müller, J. Gähde, S. Tolstaja, G.V. Kozlov: Acta Polimerica 32, 105, 1981) például az oktadecil-amin felületkezelő szer koncentrációjának függvényében vizsgálták kaolinnal készült polietilén-kompozíciók tulajdonságait. Azt tapasztalták, hogy a szilárdság — a töltőanyagra számított — 1,5 tömeg% tenzidkoncentrációnál optimális, de már 2,5 tömeg% esetén rosszabb eredményt kaptak, mint a kezeletlen töltőanyaggal. Ismeretesek olyan felületkezelő szerek is, amelyek a töltőanyag felületével kémiai kötésbe lépnek. Ezek egyik fő típusa (a szilánok), kalcium-karbonát esetén nem ad jó eredményeket, mivel ennek felülete nem tartalmaz reakcióképes -Si-OH csoportokat. Eredményesen alkalmazhatóak viszont az ortotitánsav egyes származékai, amelyek egy vagy több, könnyen hidrolizáló alkoxicsoportot és legalább egy, nehezen hidrolizáló vagy nem hidrolizáló szerves csoportot tartalmaznak. A nehezen hidrolizáló csoport kémiai szerkezetét a polimer mátrixszal való összeférhetőséget figyelembe véve választják meg, így használnak titanát-foszfit komplexeket (4 080 353 és 4 152 311 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírások), titanát-kelátokat (4 087 402 és 4 098 758 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírások), zsírsavak és olajsav titanát-származékait (3 697 474 és 3 697 475 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírások). A szerves titanátok elterjedésének legfőbb korlátja a rendkívül magas ár, mely a kezelendő kalcium-karbonát árának 200— 1000-szerese, így, bár a töltőanyagra számítva csak 0,5—1 t% mennyiségben szokták alkalmazni, a felületkezelőszer költsége gyakran mégis meghaladja a kezelni kívánt töltőanyag értékét. Az elért tulajdonságjavulás többnyire nincs arányban a költségnövekedéssel. Alapvető korlátozó tényezővé válik a felületkezelt töltőanyag magas ára abban az esetben, ha a töltőanyag-felhasználás fő célja a gyártási költségek csökkentése, ugyanis a töltőanyagok sűrűsége többnyire 2—3-szorosa a polimerekének, így ha a töltőanyag ára a polimer árának felét-harmadát meghaladja, akkor a töltőanyag költségnövelővé válik. (A késztermék értékesítése lényegében térfogat szerint történik.) Vizsgálataink során azt tapasztaltuk, hogy szinergetikus hatás lép fel, ha a kalcium-karbonát felületkezelésére a töltőanyagra számítva 0,01—1 tömeg% (R-0-)„TiX4_„ szerves orto-titánsav-származékot és 0,1—3 tömeg% tenzidet együttesen vagy egymás után alkalmazunk. A képletben R 1—8 szénatomszámú alkilcsoport; X 10—20 szénatomszámú karbonsavmaradék, részlegesen észterezett foszforsav, pirofoszforsav vagy szulfonsav maradéka; az n értéke 1—3. Az alkalmazott tenzid lehet 10—20 szénatomszámú szerves sav, vagy két vagy többértékű alkohol vagy poliéter-diói 400—400 molekulatömegű kar2 193706 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
