交联的粘合剂组合物制造技术

本发明专利技术涉及具有交联的热塑性粘合剂的固体多孔制品，该交联的热塑性粘合剂与一种或多种类型的相互作用粉末材料或纤维互连。互连是指粘合剂将粉末材料或纤维连接在离散点上，而不是作为一个完整的涂层连接，以允许材料或纤维与流体直接接触并相互作用。由此产生的制品是成型的多组分、互连网状物，具有多孔性。该分离制品可用于水净化以及在工业用途中分离水性和非水性体系中的溶解或悬浮物质、气体储存。存。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交联的粘合剂组合物
专利

[0001]本专利技术涉及一种交联的热塑性聚合物粘合剂，以及使用该粘合剂与由相互作用颗粒(interactive particle)或纤维制成的活性介质形成多孔制品、块状结构或整体件的用途。多孔制品可用于流体的过滤、分离或储存，或用于能量装置的部件(例如，电池和电容器的电极)。
[0002]专利技术背景
[0003]众所周知，多孔活性介质(例如活性炭)通过与粘合剂结合并通过加工(例如，压缩成型或挤出)转变成整体件或块体而受益。粘合剂的作用是连接活性介质的颗粒，从而将结构保持在一起，使其更易于处理，并可能使活性介质致密化。为了最大限度地提高整体件的性能，重要的是粘合剂不能污染(或覆盖)活性介质的表面，因为这会导致可用比表面积和孔体积的损失，对用于过滤、分离或储存流体组分的介质的性能，或用于能量装置的部件(如电池和电容器的电极)的介质的性能产生负面影响。
[0004]热塑性聚合物已知为活性介质的粘合剂。它们可以制成各种粒度的颗粒材料。在高于其软化点(可描述为无定形聚合物的玻璃化转变温度以及结晶和半结晶聚合物的熔点)的加工(如压缩成型、挤出或压延)期间，它们会经历足够的变形(聚合物流动)，从而有效地锚定至活性介质的颗粒中。然而，该聚合物流动也会导致活性介质的表面和孔隙积垢，并导致预期用途的活性介质性能下降。
[0005]US 4,999,330描述了对用于气体储存系统的高密度吸附剂整体件的需求和所面临的挑战。体系的效率取决于吸附剂的表面积和孔体积的水平、吸附剂的填充密度、3
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D结构的物理稳定性以及吸附剂的污染程度。US4,999,330使用甲基纤维素或聚乙烯醇粘合剂水溶液涂覆高表面积碳颗粒，然后除去溶剂并压缩经粘合剂涂覆的颗粒，使总体积减少50％至200％。'330体系因其复杂性和多步骤而受到影响。它还涉及涂覆整个活性炭颗粒——这会阻塞许多吸附剂孔——这种污染减少了可用于吸附的表面积量。US6696384还描述了甲基纤维素作为涂覆活性介质表面的水性粘合剂的用途。它指出所得整体件的机械强度低，它试图通过在整体件形成后交联纤维素粘合剂来解决这一问题。交联过程对活性介质的显著污染没有积极影响，因为它发生在涂覆介质以形成整体件的同时或之后。
[0006]其他现有技术描述了使用固体形式或水中固体分散体形式的非水性热塑性聚合物粘合剂，这导致活性介质污染较少，因为粘合剂不涂覆活性介质的整个表面，而是连接到位于离散点的活性介质颗粒。
[0007]US 5,019,311、5,147,722和US 5,331,037描述了一种生产多孔结构的挤出方法，该多孔结构包含通过热塑性聚合物粘合剂粘合在一起的相互作用颗粒。多孔结构被描述为“连续网基体”或“强制点粘合”。固体复合制品可用作高性能水过滤器，例如碳块过滤器。US 6,395,190描述了具有15至25重量百分比的聚烯烃热塑性粘合剂的碳过滤器和制造它们的方法。(IR4203)US 2016/121249指出，选择的热塑性聚合物如PVDF和聚酰胺是异常极化的，并且与本领域中描述的其他热塑性塑料相比，润湿碳表面和导致吸附剂表面污染的趋势降低。(IR4263)US2018/104670描述了使用具有高分子量的PVDF粘合剂，根据ASTM D
‑
3835在
450
°
F和100秒
‑1的条件下具有大于1.0kp的熔体粘度，以最大限度地减少活性颗粒污染。
[0008]然而，众所周知，所有热塑性聚合物粘合剂仍会在一定程度上污染活性介质的表面，即使那些具有高极性或高分子量、高粘度的粘合剂也是如此。这是因为它们在制造整体件所需的温度和压力条件下经历一些变形(聚合物流动)，通常比粘合剂的软化点高至少20℃，或至少40℃，或至少60℃，或至少70℃，或至少80℃，或至少l00℃。如果温度低到足以阻止聚合物流动，则热塑性聚合物没有足够的链流动性来锚定到活性介质的表面并有效地充当粘合剂以产生具有机械完整性的整体件。机械完整性可以简单地定义为通过/失败，其中如果在块体形成后有超过20重量％的块体组合物没有附着到块体结构上，则机械完整性失败。如果温度足够高以允许有效粘合，那么就会发生聚合物流动并且粘合剂会散布在活性介质的表面上并堵塞一些孔的入口。
[0009]因为制造整体件的工艺设备通常不会在组合物上均匀地施加压力和温度，所以使用热塑性聚合物粘合剂通常会导致整体件内部形成有梯度的粘合效率和污染，尽管提供了良好的结构完整性和机械强度。对于较大的整体件尤其如此，其中靠近与设备金属接触的整体件的外表面处的污染往往很严重，并且在远离金属的整体件的核心中的结合往往很差。
[0010]因此，需要对目前描述的热塑性聚合物粘合剂进行改进，以进一步减少对活性介质的污染，并提高整体件的整体性能。还需要加宽处理窗口，以制造具有有效结合和活性介质在整个整体件中的极低污染的任何尺寸的整体件。
[0011]我们现已发现，在用于本专利技术之前交联的那些交联的热塑性聚合物可用于以这样的方式结合活性介质，即产生介质颗粒的互连性，而表面和孔的污染最小。令人惊讶的是，发现交联的热塑性聚合物颗粒在颗粒外部结合了足够的局部链流动性，以有效地结合活性介质的颗粒，同时在制造整体件的过程中几乎没有变形(聚合物流动)。所得整体件具有良好至优异的机械强度和极低的活性介质污染。
[0012]块体的机械强度通过视觉评估，并给出“通过”或“失败”的结果。“通过”指当放置在平坦的表面上时块体在结构上是稳定的，而“失败”意味着块体不能保持在一起，至少部分破碎。
[0013]当从纯粹的活性介质到块体结构时，通过每克活性介质的BET表面积损失来测量污染。活性介质的污染百分比是当活性介质变成块体时，每克活性介质的BET表面积损失百分比。它的计算公式为[1－(块体的BET比表面积*100)/(吸附剂的BET比表面积*块体中吸附剂的重量百分比)]*100。高污染对应于大于20％的污染，低污染对应于1
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10％的污染，极低污染对应于小于1％的污染。污染百分比定义为当活性介质变成块体或整体件时，1克活性介质的BET表面积损失百分比。BET表面积使用QUANTACHROME NOVA
‑
E气体吸附仪测量。氮吸附和解吸等温线在77K下产生。多点Brunauer
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Emmett
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Teller(BET)氮吸附法用于测定比表面积。
[0014]或者，块体中的污染也可定义为与针对零污染计算的理论值相比的孔隙率损失，该理论值在0.3至0.9或0.4至0.8或0.5至0.7的范围内。孔隙率可以从块体的体积密度和骨架密度计算出来，因为孔隙率＝l－(体积密度/骨架密度)。体积密度是块体的质量除以块体所占的体积。骨架密度是块体的质量除以块体中固体物质所占的体积，这可以根据ASTM B923
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10使用氦比重瓶法确定。如果孔隙率损失小于20％或小于10％，则认为污染很低；如
果孔隙率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种组合物，其包含：a)一种或多种类型的相互作用颗粒；和b)基于相互作用颗粒和交联的热塑性聚合物粘合剂颗粒的总重量，0.5
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30％、优选1
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20重量％的一种或多种类型的交联的热塑性聚合物粘合剂颗粒。2.如权利要求1所述的组合物，其中，所述相互作用颗粒选自：金属颗粒；活性氧化铝；活性碳；碳纳米管；硅胶；玻璃珠；二氧化硅；二氧化钛；木屑；离子交换树脂；沸石，包括离子交换改性的沸石和银改性的沸石；陶瓷；硅藻土；滑石；石墨；炭黑；金属氧化物；锂离子过渡金属盐，如银盐和铜盐；羟基磷灰石钙；磷酸盐；氧化物；和硫酸盐。3.如权利要求1所述的组合物，其中，所述相互作用颗粒选自下组：活性炭、沸石、陶瓷、羟基磷灰石、二氧化钛。4.如权利要求1所述的组合物，其中，所述相互作用颗粒包括活性炭。5.如权利要求1所述的组合物，其中，所述交联的热塑性聚合物选自下组：含氟聚合物、聚酰胺、丙烯酸类聚合物、聚酰亚胺、聚氨酯、苯乙烯类聚合物、聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯和热塑性聚氨酯。6.如权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中，所述交联的热塑性聚合物选自下组：含氟聚合物、聚酰胺、丙烯酸类聚合物、苯乙烯类聚合物、聚烯烃、聚酯。7.如权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中，所述交联的热塑性聚合物粘合剂颗粒包含含氟聚合物，所述含氟聚合物选自下组：偏氟乙烯均聚物和共聚物，四氟乙烯均聚物和共聚物，或三氟氯乙烯均聚物和共聚物。8.如权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中，所述聚烯烃选自下组：含有乙烯或丙烯单体的均聚物和共聚物。9.如权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中，所述交联的热塑性聚合物颗粒具有芯
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壳结构。10.如权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中，根据ASTM D
‑
3835在230℃和100秒
‑1下，所述交联的热塑性聚合物的熔体粘度大于20千泊，优选大于40千泊，更优选大于50千泊。11.如权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中，当通过ASTM D4440
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01在230℃的温度和0.1Hz的频率下测量时，所述交联的热塑性聚合物的复数粘度大于108秒
‑1。12.如权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中，所述交联的热塑性聚合物颗粒是平均粒度为1微米至250微米、优选5微米至30微米的粉末形式。13.如权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中，所述交联的热塑性聚合物颗粒的平均粒度为20纳米至250微米，优选100纳米至150微米，更优选200纳米至30微米，最优选200纳米至20微米。14.如权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中，所述组合物包含至少75重量％的相互作用颗粒和1至25重量％的交联的热塑性聚合物颗粒，优选至少80重量％的相互作用颗粒和2至20重量％的交联的热塑性聚合物颗粒，最优选至少85重量％的相互作用颗粒和1至15重量％的交联的热塑性聚合物颗粒。15.一种固体多孔制品，基于制品的总重量，其包含：a)至少70重量％的相互作用颗粒和b)0.5至30重量％的交联的热塑性聚合物粘合剂颗粒。16.如权利要求15所述的固体多孔制品，其中，所述相互作用颗粒选自：金属颗粒；活性
氧化铝；活性碳；碳纳米管；硅胶；玻璃珠；二氧化硅；二氧化钛；木屑；离子交换树脂；沸石，包括离子交换改性的沸石和银改性的沸石；陶瓷；硅藻土；滑石；石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：阿科玛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：