Полимерная композиция, полученная способом непрерывной экструзии суспензии наполнителя

Полимерная композиция, полученная способом непрерывной экструзии суспензии наполнителя

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу непрерывного производства полимерной композиции и к применению указанной полимерной композиции.

Наполнители и особенно минеральные наполнители часто используют при производстве полимерных изделий, изготавливаемых из таких полимеров, как полиэтилен (ПЭ (РЕ)), полипропилен (ПП (РР)), полиуретан (ПУ (PU)) или поливинилхлорид (ПВХ (PVC)), чтобы, например, снизить расход более дорогих материалов, улучшить свойства материалов или уменьшить усадку при термической обработке.

Растущие затраты на производство полимерных изделий приводят к разработке более экономичных способов создания полимерных композиций. Например, полимерная композиция с высоким содержанием наполнителя, то есть, полимерная маточная смесь (иногда также называемая полимерным концентратом), может быть экструдирована вместе с другим полимерным материалом для того, чтобы повысить содержание наполнителя в полученном полимерном изделии.

Наполнители часто выбирают из природных или синтетических материалов, таких как в целом содержащие карбонат кальция минералы, мел, известняк, мрамор, доломит, сульфат бария, тальк, каолин, глина, диоксид титана или слюда.

В обычном способе производства полимерной композиции полимерный материал и наполнитель обычно смешивают на отдельной стадии смешения перед компаундированием готовой сухой смеси, например, с использованием экструдера.

В некоторых случаях наполнитель также может быть введен в полимерную матрицу путем использования бокового питателя экструдера, который позволяет вводить наполнитель в расплавленную полимерную матрицу. Однако во многих случаях предварительное смешение является существенным для обеспечения гомогенной смеси полученной композиции.

Несколько способов производства полимерных композиций описано ранее в предшествующем уровне техники.

Например, документ СН 415041 А раскрывает способ производства пигментированных полиэтилена или полипропилена, включающий смешение полиолефина с жидкой дисперсией пигмента, содержащей пигмент в тонкоизмельченной форме, а затем удаление жидкости путем сушки, так что полиолефин остается в форме порошка.

Патент США 6239196 В1 относится к способу получения подвергаемой экструзии композиции, содержащей полимер и наполнитель из твердых частиц, включающий стадии смешения наполнителя из твердых частиц с частицами или гранулами полимера при температуре ниже температуры плавления указанного полимера.

Однако способы, описанные в предшествующем уровне техники, включают добавление наполнителя к полимерному материалу при температуре, которая ниже температуры плавления указанного полимерного материала. Как правило, такие способы требуют сушки полученной смеси перед подачей соответствующей сухой смеси в экструдер. Кроме того, способы предшествующего уровня техники часто также требуют отдельной и дорогостоящей стадии смешения выше по потоку от смесительного устройства или экструдера и, таким образом, могут быть осуществлены только по периодической схеме.

Таким образом, существует потребность в разработке способа, который может уменьшить или исключить указанные выше экономические и технические недостатки. Такой способ, например, будет представлять собой непрерывный способ производства.

Таким образом, объектом настоящего изобретения является разработка более экономичного способа производства полимерной композиции. Другим объектом можно считать разработку способа, позволяющего обеспечить непрерывное производство полимерной композиции.

Еще одним объектом является разработка способа производства полимерной композиции, в соответствии с которым могут быть исключены дорогостоящие операции сушки и смешения.

Один или несколько из вышеуказанных объектов и другие объекты достигают с помощью объекта изобретения, определенного в данном документе в независимых пунктах.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложен способ непрерывного производства полимерной композиции, и этот способ включает стадии:

(а) подготовки наполнителя;

(b) подготовки полимерного материала;

(с) получения полимерной композиции, содержащей наполнитель стадии (а) и полимерный материал стадии (b), путем использования экструдера;

отличающийся тем, что упомянутый способ включает введение указанного наполнителя в указанный полимерный материал, где указанный полимерный материал во время введения наполнителя находится, по меньшей мере, в частично расплавленном состоянии, и где указанный наполнитель вводят в виде суспензии.

В соответствии с другим аспектом, настоящее изобретение относится к разработке полимерной композиции, получаемой заявляемым способом.

В соответствии с еще одним аспектом настоящее изобретение относится к полимерному изделию, содержащему указанную полимерную композицию.

В соответствии с еще одним аспектом настоящее изобретение относится к применению указанной полимерной композиции при производстве полимерных изделий, где указанные полимерные изделия предпочтительно выбирают из одной или нескольких гибких упаковок для промышленных и потребительских вариантов применения, включая рулонные материалы, пакеты, мешки, этикетки, оберточные материалы, крышки, термоусадочные муфты и растягивающиеся пленки; жестких упаковочных материалов для промышленных и потребительских вариантов применения, включая пластиковые бутылки, стаканчики и контейнеры; строительных и конструкционных материалов, включая трубы и трубопроводы, облицовки и профили, изоляционные материалы, уплотнения и прокладки, геотекстиль; сельскохозяйственных и садоводческих материалов, включая материалы для теплиц, мульчирующие пленки, теплицы туннельного типа, материалы для силосования, материалы для прессования тюков, ящики и упаковочные корзины; вариантов применения при транспортировке и в автомобилях, включая детали интерьера, такие как, приборные и дверные панели, консоли, опоры и цоколи; детали экстерьера, такие как бампер, крылья, задние двери, а также варианты применения под капотом, включая воздуховоды, воздухозаборные коллекторы, радиаторы и шланги системы охлаждения; электрических и электронных вариантов применения, включая CD-плееры, DVD-системы, персональные компьютеры и телевизоры, ноутбуки, планшеты, смартфоны, кухонные плиты, холодильники и морозильники, стиральные машины, посудомоечные машины, инструменты и офисное оборудование; медицинских и санитарно-гигиенических вариантов применения, включая одноразовые шапочки, халаты, маски, хирургические костюмы и бахилы, простыни, обертывания и тампоны, губки, повязки и салфетки, постельное белье, медицинские халаты для контроля стерильности, медицинские халаты для проведения осмотра, лабораторные халаты, изолирующие медицинские халаты, диагностической медицинской техники и медицинского оборудования; предметов личной гигиены, включая абсорбирующие средства гигиены (АНР), детские подгузники, предметы женской гигиены и изделия для страдающих недержанием взрослых, салфетки, средства по уходу за кожей, полоски для депиляции; предметов домашнего обихода и предметов домашней обстановки, включая древесные композиты, декоративную фольгу, напольные покрытия, половой настил, кухонную утварь, приспособления для очистки, изделия для ухода за домашними животными, газоном и спортивной площадкой; игрушек, товаров для спорта и отдыха, включая кукольные домики, конструкторы, игрушечные автомобили, спортивно-оздоровительные приспособления, обувь, одежду и спортивную одежду, защитные средства (шлемы, наколенники), спортивный инвентарь и чемоданы.

Еще один аспект настоящего изобретения относится к использованию наполнителя в форме суспензии для производства полимерной композиции путем введения, в пределах экструдера, указанной суспензии в полимерный материал, находящийся, по меньшей мере, в частично расплавленном состоянии.

Эффективные варианты осуществления заявляемого способа определены в соответствующих зависимых пунктах.

В соответствии с одним вариантом осуществления заявляемого способа суспензия наполнителя имеет содержание твердых веществ в интервале от 10 до 90% масс., предпочтительно от 15 до 88,5% масс. и более предпочтительно от 20 до 78% масс. из расчета на общую массу указанной суспензии наполнителя.

В соответствии с другим вариантом осуществления заявляемого способа содержание наполнителя в полимерной композиции находится в интервале от 0,5 до 90% масс., предпочтительно от 5 до 85% масс., более предпочтительно от 10 до 80% масс. и наиболее предпочтительно от 20 до 75% масс. из расчета на общую массу указанной полимерной композиции.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), выбирают из группы, включающей содержащий карбонат кальция минерал, мел, известняк, мрамор, доломит, сульфат бария, тальк, каолин, глину, слюду, диоксид титана или их смеси, где наполнитель предпочтительно представляет собой содержащий карбонат кальция минерал.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), представляет собой измельченный карбонат кальция (ИКК (GCC)), осажденный карбонат кальция (ОКК (PCC)), модифицированный карбонат кальция (МКК (MCC)) или их смесь.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом заявляемого способа осажденный карбонат кальция (ОКК) измельчают перед введением в полимерный материал.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), содержит наполнитель с покрытием, наполнитель без покрытия или смесь обоих, где наполнитель предпочтительно содержит наполнитель без покрытия и более предпочтительно включает содержащий карбонат кальция минеральный наполнитель без покрытия.

В соответствии с одним вариантом осуществления заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), имеет средневесовой размер частиц d₅₀ в интервале от 0,001 до 50 мкм, предпочтительно от 0,05 до 10 мкм, более предпочтительно от 0,07 до 5 мкм и наиболее предпочтительно от 0,1 до 2,5 мкм.

В соответствии с другим вариантом осуществления заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), имеет верхнюю фракцию частиц d₉₈ в интервале от 0,25 до 50 мкм, предпочтительно от 0,35 до 30 мкм и более предпочтительно от 0,4 до 15 мкм.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления заявляемого способа полимерный материал, подготовленный на стадии (b), содержит термопластичную смолу, где термопластичная смола предпочтительно содержит полиолефин.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления заявляемого способа полиолефин выбирают из группы гомо- и/или сополимеров полиэтилена, гомо- и/или сополимеров полипропилена, гомо- и/или сополимеров полибутилена или их смесей.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом заявляемого способа экструдер представляет собой двухшнековый экструдер, где шнеки предпочтительно представляют собой вращающиеся в одну сторону или вращающиеся в противоположные стороны шнеки, и более предпочтительно являются вращающимися в одну сторону шнеками.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения полимерная композиция, получаемая заявляемым способом, имеет содержание воды, которое равно или меньше чем 2% масс., предпочтительно равно или меньше чем 1% масс. и более предпочтительно равно или меньше чем 0,5% масс. из расчета на общую массу указанной полимерной композиции.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения полимерную композицию, получаемую заявляемым способом, используют при производстве полимерных изделий, где указанные полимерные изделия предпочтительно включают изделия из полиолефина, такие как тканые волокна, нетканые волокна, профили, кабели, пленки или формованные изделия.

В соответствии с одним вариантом осуществления применения наполнителя в форме суспензии такая суспензия имеет содержание твердых веществ в интервале от 10 до 90% масс., предпочтительно от 15 до 88,5% масс. и более предпочтительно от 20 до 78% масс. из расчета на общую массу указанной суспензии.

В соответствии с другим вариантом осуществления указанного применения содержание наполнителя в полимерной композиции находится в интервале от 0,5 до 90% масс., предпочтительно от 5 до 85% масс., более предпочтительно от 10 до 80% масс. и наиболее предпочтительно от 20 до 75% масс. из расчета на общую массу указанной полимерной композиции.

В соответствии с еще одним вариантом указанного применения наполнитель выбирают из группы, включающей содержащий карбонат кальция минерал, мел, известняк, мрамор, доломит, сульфат бария, тальк, каолин, глину, слюду, диоксид титана или их смеси, где наполнитель предпочтительно представляет собой содержащий карбонат кальция минерал.

В соответствии с еще одним вариантом указанного применения наполнитель представляет собой измельченный карбонат кальция (ИКК), осажденный карбонат кальция (ОКК), модифицированный карбонат кальция (МКК) или их смесь.

В соответствии с одним вариантом осуществления указанного применения осажденный карбонат кальция (ОКК) измельчают перед введением в полимерный материал.

В соответствии с другим вариантом осуществления указанного применения наполнитель содержит наполнитель с покрытием, наполнитель без покрытия или смесь обоих, где наполнитель предпочтительно содержит наполнитель без покрытия и более предпочтительно содержит содержащий карбонат кальция минеральный наполнитель без покрытия.

В соответствии с другим вариантом осуществления указанного применения наполнитель имеет средневесовой размер частиц d₅₀ в интервале от 0,001 до 50 мкм, предпочтительно от 0,05 до 10 мкм, более предпочтительно от 0,07 до 5 мкм и наиболее предпочтительно от 0,1 до 2,5 мкм.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления указанного применения наполнитель имеет верхнюю фракцию частиц d₉₈ в интервале от 0,25 до 50 мкм, предпочтительно от 0,35 до 30 мкм и более предпочтительно от 0,4 до 15 мкм.

В соответствии с другим вариантом осуществления указанного применения полимерный материал содержит термопластичную смолу, где термопластичная смола предпочтительно содержит полиолефин.

В некоторых вариантах осуществления указанного применения полиолефин выбирают из группы гомо- и/или сополимеров полиэтилена, гомо- и/ или сополимеров полипропилена, гомо- и/или сополимеров полибутилена или их смесей.

В соответствии с другим вариантом осуществления указанного применения экструдер представляет собой двухшнековый экструдер, где шнеки предпочтительно представляют собой вращающиеся в одну сторону или вращающиеся в противоположные стороны шнеки, и более предпочтительно являются вращающимися в одну сторону шнеками.

Следует понимать, что для целей настоящего изобретения следующие определения имеют приведенные ниже значения.

Определение «полимерная композиция» относится к композитному материалу, содержащему, по меньшей мере, одну добавку (например, по меньшей мере, один наполнитель) и, по меньшей мере, один полимерный материал, который может быть использован при производстве полимерного изделия. Полимерная композиция, имеющая относительно высокое содержание наполнителя (например, от 35 до 90% масс. из расчета на общую массу полимерной композиции), также называемая «полимерной маточной смесью», при переработке может быть добавлена в ненаполненный или малонаполненный полимер для достижения более высокого содержания наполнителя. Тем не менее, полимерная композиция, имеющая сравнительно низкое содержание наполнителя (например, от 0,5 до 45% масс. из расчета на общую массу полимерной композиции), также называемая «полимерной смесью», также может быть использована непосредственно при производстве полимерного изделия. Соответственно, определение «полимерная композиция», как используется в настоящем документе, включает как, полимерные маточные смеси, так и полимерные смеси.

Определение «наполнитель» в контексте настоящего изобретения относится к веществам, которые могут быть добавлены к материалам, таким как полимеры, эластомеры, краски или адгезивы, например, чтобы уменьшить расход более дорогих материалов или чтобы улучшить качество материалов или механические свойства получаемых изделий. Специалисту в данной области техники хорошо известны типичные минеральные наполнители, используемые в соответствующей области.

Определение «минерал», используемое в документе, включает абиогенный и твердый материал с упорядоченной атомной структурой.

Определение «суспензия» в контексте настоящего изобретения относится к суспензии, содержащей, по меньшей мере, одно нерастворимое твердое вещество и, по меньшей мере, одну жидкость, например, воду. Указанная суспензия необязательно может содержать дополнительные добавки. Суспензии обычно содержат большие количества твердого вещества, являются более вязкими, и, как правило, имеют более высокую плотность, чем жидкость, из которой они получены. Как принято в данной области техники, общее определение «дисперсия» в числе прочего охватывает и «суспензии» как определенный тип дисперсии.

«Полимерный материал», как это используется в данной заявке, включает гомополимеры, сополимеры, такие как, например, блок-, графт-, статистические и чередующиеся сополимеры, гетерофазные сополимеры и статистические гетерофазные сополимеры, а также полимерные смеси, модификации или их смеси. Определение «полимерный материал», используемое в данном документе, аналогично может включать вторичные полимерные материалы. Содержание вторичных полимеров в полимерном материале может находиться в интервале от 0,01 до 100% масс.

«Экструдер» в соответствии с настоящей заявкой может представлять собой любое устройство, которое приемлемо для компаундирования одного или нескольких полимеров с одной или несколькими добавками, например, с минеральным наполнителем.

«Измельченный карбонат кальция» (ИКК) в контексте настоящего изобретения представляет собой карбонат кальция, полученный из природных источников, таких как известняк, мрамор, кальцит или мел, и переработанный посредством влажной и/или сухой обработки, такой как измельчение, просеивание и/или фракционирование, например, с помощью циклона или сортировочного грохота.

«Осажденный карбонат кальция» (ОКК) в контексте настоящего изобретения представляет собой синтезированный материал, как правило, полученный путем осаждения после реакции диоксида углерода и гидроксида кальция (гашеной извести) в водной среде или путем осаждения источника кальция и карбоната в воде. Кроме того, осажденный карбонат кальция также может быть продуктом введения кальциевых и карбонатных солей, хлорида кальция и карбоната натрия, например, в водную среду. ОКК может представлять собой ватерит, кальцит или арагонит. ОКК описаны, например, в публикациях EP 2447213 А1, ЕР 2524898 А1, ЕР 2371766 Al или в неопубликованной европейской патентной заявке № 12164041.1.

«Модифицированный карбонат кальция» (МКК) в контексте настоящего изобретения может быть примером природного измельченного или осажденного карбоната кальция с внутренней структурной модификацией или примером продукта его поверхностной реакции, например, поверхностно-прореагировавшим карбонатом кальция, описанным в публикациях US 6666953, ЕР 2264109 А1 и ЕР 2264108 А1.

Определение «с покрытием» или «покрытый» в контексте настоящего изобретения относится к любому покрытию минерального наполнителя, например, жирными кислотами, поверхностно-активными веществами, силоксанами, полимерами или их смесями, предпочтительно, чтобы гидрофобизировать поверхность указанного минерального наполнителя. Соответственно, определение « без покрытия» или «непокрытый» относится к отсутствию таких гидрофобных поверхностных слоев.

Во всем настоящем документе «размер частиц» материала-наполнителя характеризуют распределением частиц по размерам. Значение d_х означает диаметр, относительно которого х% масс. частиц имеет диаметр меньше чем d_х. Это означает, что значение d₂₀ относится к размеру частиц, при котором 20% масс. всех частиц имеет меньший размер, а значение d₉₈ означает размер частиц, при котором 98% масс. всех частиц имеет меньший размер. Значение d₉₈ также обозначают как «верхняя фракция». Значение d₅₀, таким образом, представляет собой средневесовой размер частиц, то есть, 50% масс. всех частиц являются более крупными или более мелкими, чем этот размер частиц. Для целей настоящего изобретения размер частиц определяют в виде средневесового размера частиц d₅₀, если не указано иное. Для определения значения средневесового размера частиц d₅₀ или значения верхней фракции размера частиц d₉₈ может быть использовано устройство Sedigraph 5100 или устройство 5120 от компании Micromeritics, США.

Когда используют неопределенный или определенный артикль при упоминании существительного в единственном числе, например, «а», «an» или «the», это включает множественное число этого существительного, если ничего другого специально не оговорено.

Когда понятие «содержащий» используют в настоящем описании и в формуле изобретения, оно не исключает другие элементы. Для целей настоящего изобретения понятие «включающий», как считают, является предпочтительным вариантом понятия «состоящий из». Если в дальнейшем группа, как определено, содержит, по меньшей мере, некоторое число вариантов осуществления, это также, как следует понимать, раскрывает группу, которая предпочтительно состоит только из этих вариантов осуществления.

Определения типа «получаемая» или «определяемая» и «полученная» или «определенная» используют взаимозаменяемо. Это, например, означает, что, если контекст явно не указывает на иное, определение «полученная» не означает указание на то, что, например, вариант осуществления должен быть получен, например, с помощью последовательности стадий, следующих за определением «полученная», хотя ограниченное понимание всегда включено за счет определения «полученная» или «определенная» в качестве предпочтительного варианта осуществления.

В соответствии с настоящим изобретением способ непрерывного производства полимерной композиции включает стадии:

(а) подготовки наполнителя;

(b) подготовки полимерного материала;

(с) получения полимерной композиции, содержащей наполнитель стадии (а) и полимерный материал стадии (b), с использованием экструдера;

отличающийся тем, что указанный способ включает введение указанного наполнителя в указанный полимерный материал, где указанный полимерный материал во время введения наполнителя находится, по меньшей мере, в частично расплавленном состоянии и где указанный наполнитель вводят в виде суспензии.

Неожиданно установлено, что наполнитель, подготовленный на стадии (а) заявляемого способа, может быть введен в виде суспензии, то есть, в виде смеси твердого наполнителя и жидкости, обычно воды. Для этого суспензию наполнителя соответствующим образом инжектируют непосредственно в инжекционную зону экструдера. В инжекционной зоне экструдера полимер, подготовленный на стадии (b), находится, по меньшей мере, в частично расплавленном состоянии, обеспечивая возможность достаточного смешения инжектированной суспензии наполнителя с расплавом полимера. После смешения любой жидкости (например, воде) дают испариться через один или несколько атмосферных или вакуумных клапанов в соответствии с заявляемым способом. Полимерная композиция, полученная заявляемым способом, имеет отличные свойства материала, такие как очень хорошее распределение наполнителя в матрице полимера, и может не содержать или по существу не содержать воду.

Далее предпочтительные варианты осуществления заявляемого способа непрерывного производства полимерной композиции будут изложены более подробно.

Следует понимать, что эти технические детали и варианты осуществления также применимы к полимерной композиции, к полимерным изделиям, содержащим полимерную композицию, к применению указанной полимерной композиции и к использованию наполнителя в форме суспензии в способе производства таких полимерных композиций.

Описание стадии (а)

В соответствии со стадией (а) заявляемого способа непрерывного производства полимерной композиции получают наполнитель.

Наполнитель в контексте настоящего изобретения может быть добавлен к таким материалам, как бумага, полимеры, каучук, краски или адгезивы, например, чтобы уменьшить расход более дорогих материалов или чтобы улучшить качество материалов или механические свойства получаемых изделий. Специалисту в данной области техники очень хорошо известны типичные наполнители, используемые в соответствующей области.

Наполнитель, приготовленный на стадии (а), может представлять собой любой материал, который известен в данной области техники и который приемлем для использования в качестве наполнителя в настоящем изобретении.

В соответствии с одним вариантом осуществления заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), выбирают из группы, включающей содержащий карбонат кальция минерал, мел, известняк, мрамор, доломит, сульфат бария, тальк, каолин, глину, слюду, диоксид титана, гидротальцит, монтмориллонит, бентонит, бейделлит, слюду, гекторит, сапонит, нонтронит, сауконит, вермикулит, ледикит, мегадит, кениаит, стевенсит, волконскоит, полевой шпат, каолинит, магнезит, мусковит, гантит или их смеси.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), выбирают из группы, включающей содержащий карбонат кальция минерал, мел, известняк, мрамор, доломит, сульфат бария, тальк, каолин, глину, слюду, диоксид титана или их смеси.

В соответствии с другим вариантом заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), может представлять собой минеральный наполнитель, например, твердый материал абиогенного происхождения с упорядоченной атомной структурой.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения наполнитель, подготовленный на стадии (а), представляет собой содержащий карбонат кальция минеральный наполнитель.

В соответствии с особенно предпочтительным вариантом заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), представляет собой измельченный карбонат кальция (ИКК), осажденный карбонат кальция (ОКК), модифицированный карбонат кальция (МКК) или их смесь.

Измельченный карбонат кальция (ИКК) в контексте настоящего изобретения представляет собой карбонат кальция, полученный из природных источников, который может быть переработан, например, путем измельчения, просеивания и/или фракционирования мокрого и/или сухого, например, с помощью циклона или сортировочного грохота. Предпочтительно природный карбонат кальция выбирают из группы, включающей мел, известняк, мрамор, доломит или их смеси.

Природный или измельченный карбонат кальция, как известно, существуют в виде трех типов кристаллических полиморфов: кальцит, арагонит и ватерит. Кальцит, самый распространенный кристаллический полиморф, как считают, является наиболее стабильной кристаллической формой карбоната кальция. Менее распространенным является арагонит, который имеет дискретную или кластерную игольчатую орторомбическую кристаллическую структуру. Ватерит является самым редким полиморфом карбоната кальция и, как правило, нестабилен.

Определение «ИКК» также включает ИКК, имеющий размер частиц в нанометровом интервале, который также называют ультратонким ИКК или нано-ИКК.

Осажденный карбонат кальция (ОКК) в контексте настоящего изобретения представляет собой синтезированный материал, как правило, полученный путем осаждения после реакции диоксида углерода и гидроксида кальция (гашеной извести) в водной среде или осаждения источника кальция и карбоната в воде. Кроме того, осажденный карбонат кальция также может быть продуктом введения кальциевой и карбонатной солей, хлорида кальция и карбоната натрия, например, в водную среду.

Синтез осажденного карбоната кальция (ОКК) наиболее часто протекает за счет реакции синтетического осаждения, которая включает стадию введения в контакт диоксида углерода с раствором гидроксида кальция, причем последний наиболее часто предоставляют в форме водной суспензии оксида кальция, также известного как негашеная известь, и суспензию которого обычно называют известковым молоком. В зависимости от условий реакции такой ОКК может появляться в различных формах, включая устойчивые и неустойчивые полиморфы. Действительно, ОКК часто представляет собой термодинамически неустойчивый материал карбоната кальция. При упоминании в контексте настоящего изобретения ОКК, как следует понимать, означает продукты синтетического карбоната кальция, предпочтительно полученные путем карбонизации суспензии гидроксида кальция, обычно называемой в данной области техники известковой суспензией или известковым молоком, когда ее получают из мелкодисперсных частиц оксида кальция в воде. Предпочтительный синтетический карбонат кальция представляет собой осажденный карбонат кальция, содержащий арагонитовую, ватеритовую или кальцитовую минералогические кристаллические формы или их смеси.

Определение ОКК также включает ОКК, имеющий размеры частиц в нанометровом интервале, который также называют ультратонким ОКК или нано-ОКК.

Осажденный карбонат кальция (ОКК) может быть измельчен в порошок перед введением в полимерный материал любым способом, известным в данной области техники. Предпочтительно осажденный карбонат кальция (ОКК) может быть измельчен перед введением в полимерный материал, например, методом сухого и/или мокрого измельчения.

Модифицированный карбонат кальция (МКК) в контексте настоящего изобретения может представлять собой природный измельченный или осажденный карбонат кальция с внутренней структурной модификацией или продукт поверхностной реакции, то есть, поверхностно-прореагировавший карбонат кальция.

Наполнитель в соответствии с настоящим изобретением может иметь средневесовой размер частиц d₅₀ в интервале от 0,001 до 100 мкм.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), имеет средневесовой размер частиц d₅₀ в интервале от 0,001 до 50 мкм и предпочтительно от 0,005 до 20 мкм.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), имеет средневесовой размер частиц d₅₀ в интервале от 0,01 до 10 мкм, предпочтительно от 0,07 до 5 мкм и более предпочтительно от 0,1 до 2,5 мкм.

Установлено, что нано-ОКК также может быть использован в качестве наполнителя в заявляемом способе даже при относительно высоких загрузках наполнителя без возникновения проблем, обычно имеющих место при введении больших количеств таких нано-наполнителей, и без появления относительно низких механических свойств полимерной композиции, получаемой способами предшествующего уровня техники.

В общем случае, если нано-ОКК используют в качестве наполнителя, подготовленного на стадии (а), это относится к ОКК, имеющему средневесовой размер частиц d₅₀ в интервале приблизительно от 0,001 до 0,07 мкм, тогда как ультратонким ОКК называют ОКК, имеющий средневесовой размер частиц d₅₀ в интервале приблизительно от 0,07 до 1 мкм. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления наполнитель, подготовленный на стадии (а) заявляемого способа, представляет собой нано-ОКК, предпочтительно имеющий средневесовой размер частиц d₅₀ в интервале от 0,001 до 0,07 мкм, более предпочтительно от 0,002 до 0,06 мкм и наиболее предпочтительно в интервале от 0,005 до 0,05 мкм.

Наполнитель в соответствии с настоящим изобретением может иметь верхнюю фракцию частиц d₉₈ в интервале от 0,5 до 200 мкм.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), имеет верхнюю фракцию частиц d₉₈ в интервале от 0,25 до 50 мкм, предпочтительно от 0,35 до 30 мкм и более предпочтительно от 0,4 до 15 мкм.

В соответствии с другим вариантом заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), содержит поверхностно обработанный или покрытый наполнитель, непокрытый наполнитель или смесь обоих.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения наполнитель представляет собой поверхностно обработанный или покрытый минеральный наполнитель. Например, если минеральный наполнитель представляет собой содержащий карбонат кальция минеральный наполнитель, это может относиться к измельченному (ИКК), осажденному (ОКК) или модифицированному карбонату кальция (МКК), имеющему любую поверхностную обработку или любое покрытие, известные в данной области техники, например, с помощью одной или нескольких жирных кислот, поверхностно-активных веществ, силоксана, полимера или их смеси. Содержащий карбонат кальция минеральный наполнитель, таким образом, может представлять собой поверхностно обработанный или покрытый с помощью аниона, способного образовывать нерастворимые в воде соли кальция, где анион может содержать один или несколько анионов из числа следующих: фосфат-содержащие анионы, такие как PO₄^3- и HPO₄^2-, оксалат-анионы (С₂0₄^2-), карбонат-содержащие анионы в виде СО₃^2-, фосфонат-анионы, сукцинат-анионы или фторид-анионы. Поверхностная обработка или нанесение покрытия на содержащий карбонат кальция минеральный наполнитель может дополнительно включать стадии введения в контакт поверхности содержащего карбонат кальция наполнителя с монозамещенным янтарным ангидридом и необязательно с монозамещенной янтарной кислотой, так что образуется обработанный слой, состоящий из монозамещенного янтарного ангидрида и необязательно монозамещенной янтарной кислоты и/или солевого(ых) продукта(ов) их реакции.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), содержит наполнитель без покрытия и более предпочтительно содержит содержащий карбонат кальция минеральный наполнитель без покрытия.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), содержит непокрытый измельченный карбонат кальция (ИКК), непокрытый осажденный карбонат кальция (ОКК), непокрытый модифицированный карбонат кальция (МКК) или их смеси.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), представляет собой измельченный карбонат кальция (ИКК), осажденный карбонат кальция (ОКК), модифицированный карбонат кальция (МКК) или их смесь.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления заявляемого способа наполнитель, подготовленный на стадии (а), представляет собой непокрытый измельченный карбонат кальция (ИКК), непокрытый осажденный карбонат кальция (ОКК), непокрытый модифицированный карбонат кальция (МКК) или их смесь.

Наполнитель, подготовленный на стадии (а) настоящего изобретения, необязательно может содержать одну или несколько добавок, которые хорошо известны специалисту.

Описание стадии (b)

В соответствии со стадией (b) заявляемого способа непрерывного производства полимерной композиции получают полимерный материал.

Полимерный материал, который используют в данной заявке, включает гомополимеры, сополимеры, такие как, например, блок-, графт-, статистические и чередующиеся сополимеры, гетерофазные сополимеры и статистические гетерофазные сополимеры, а также полимерные смеси, модификации или их смеси. Определение «полимерный материал», используемое в данном документе, аналогично может включать вторичные полимерные материалы. Содержание вторичных полимеров в полимерном материале может находиться в интерва