包含碳纳米材料-接枝-聚酰胺的球形颗粒及其生产方法和用途技术

本发明专利技术题为“包含碳纳米材料

【技术实现步骤摘要】
包含碳纳米材料
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接枝
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聚酰胺的球形颗粒及其生产方法和用途


[0001]本公开涉及包含碳纳米材料
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接枝
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聚酰胺(CNM
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聚酰胺)的高度球形颗粒。本公开还涉及此类颗粒的组成、合成方法和应用(在本文中也称为CNM
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聚酰胺颗粒)。

技术介绍

[0002]热塑性聚合物通常用于制造挤出物品，如膜、袋、颗粒和长丝。热塑性聚合物的一个示例为聚酰胺。聚酰胺如尼龙为灰白色的聚合物，其具有耐受高温或低温而不会丧失物理特性的能力。因此，由热塑性聚合物形成的物品诸如聚酰胺可用于苛刻应用中，如动力工具、汽车部件、齿轮和器具部件。三维(3D)打印(也称为增材制造)越来越多地用于产生此类物品。选择性激光烧结已经使得能够由多种材料直接制造高分辨率和尺寸精度的三维物品，所述多种材料包括聚苯乙烯、尼龙、其它塑料和复合材料，诸如聚合物涂覆的金属和陶瓷。
[0003]因为其流动特性、比其他聚合物更低的成本以及理想的烧结窗口，聚酰胺是增材制造中最常用的聚合物之一。然而，通过增材制造生产的物品中所需的物理特性可能超过聚酰胺的物理特性。扩展可以将聚酰胺
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碳纳米材料复合物制造成物品的方法将进一步扩展聚合物复合物工业。

技术实现思路

[0004]本公开涉及包含CNM
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聚酰胺的高度球形颗粒。本公开还涉及此类颗粒的组成、合成方法和应用(在本文中也称为CNM
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聚酰胺颗粒)。
[0005]本文公开了选择性激光烧结的方法，所述方法包括：将CNM
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聚酰胺颗粒任选地与其它热塑性聚合物颗粒组合沉积到表面上，其中所述CNM
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聚酰胺颗粒包含接枝到碳纳米材料(CNM)的聚酰胺；并且在沉积之后，将所述CNM
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聚酰胺颗粒的至少一部分暴露于激光，以熔合所述CNM
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聚酰胺颗粒的聚合物颗粒并通过选择性激光烧结而形成固结体。
[0006]本文公开了包括以下的方法：在大于CNM
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聚酰胺的聚酰胺和热塑性聚合物(当包含时)的熔点或软化温度的温度下并且以高至足以在载流体中分散CNM
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聚酰胺的剪切速率混合混合物，所述混合物包含：(a)CNM
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聚酰胺，其中所述CNM
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聚酰胺包括：接枝到碳纳米材料的聚酰胺，(b)与CNM
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聚酰胺的聚酰胺不混溶的载流体，任选地(c)未接枝到CNM的热塑性聚合物，以及任选地(d)乳液稳定剂；将混合物冷却至低于熔点或软化温度以形成CNM
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聚酰胺颗粒；以及将所述CNM
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聚酰胺颗粒从所述载流体分离。
附图说明
[0007]包括以下附图是为了示出实施方案的某些方面，并且不应被视为排他的实施方案。如受益于本公开的本领域技术人员将想到的，所公开的主题能够在形式和功能上实现相当大的修改、改变、组合和等同物。
[0008]附图是本公开的非限制性示例方法的流程图。
具体实施方式
[0009]本公开涉及包含碳纳米材料
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接枝
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聚酰胺(CNM
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聚酰胺)的高度球形颗粒。本公开还涉及此类颗粒的组成、合成方法和应用(在本文中也称为CNM
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聚酰胺颗粒)。
[0010]三维(3D)打印(也称为增材制造)是迅速发展的
尽管3D打印传统上一直用于快速原型活动，但是该技术越来越多地用于制备商业和工业物品，这些物品可能具有与快速原型完全不同的结构公差和机械公差。
[0011]3D打印通过以下方式操作：将(a)熔融或可凝固材料的小液滴或流或(b)粉末微粒中的任一者沉积在精确沉积位置中以便后续固结成更大物品，该更大物品可具有任何数量的复杂形状。此类沉积和固结过程通常在计算机的控制下进行以提供更大物品的逐层堆积。在特定示例中，可使用激光在3D打印系统中进行粉末微粒的固结以促进选择性激光烧结(SLS)。
[0012]可用于3D打印的粉末微粒包括热塑性聚合物(包括热塑性弹性体)、金属和其他可凝固物质。当在3D打印中使用复合物时，微粒(例如，聚酰胺
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碳纳米材料复合物的碳纳米材料)应均匀地分散在整个小熔融液滴或粉末微粒中，否则最终物品的微粒的分布将是不均匀的。因此，物品的特性(例如，强度和/或电导率)也可以是不规则的，这可能给物品引入故障点。
[0013]本公开涉及包含碳纳米材料
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接枝
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聚酰胺(CNM
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聚酰胺)的高度球形颗粒。有利地，本公开的组合物和方法采用聚酰胺的原位聚合。因此，在增材制造方法期间，可以利用聚酰胺的期望熔融和流动特性。除其它外，CNM
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聚酰胺颗粒可用作增材制造的起始材料，尤其是SLS 3D打印。碳纳米材料(CNM)可以改善物理特性和/或给通过增材制造产生的物品赋予新的物理特性。另外，通过使用CNM
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聚酰胺，CNM可以良好分散并且/或者遍布于聚合物颗粒中。因此，碳纳米材料可以良好分散并且/或者分布遍布于通过增材制造产生的物品(或其部分)中。
[0014]另外，本公开涉及共价结合到CNM的聚酰胺热塑性聚合物复合物(诸如碳纳米管(CNT))以及由所述聚酰胺热塑性聚合物复合物制备高度球形CNM
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聚酰胺颗粒的方法。CNT的非限制性示例可以包括单壁碳纳米管(SWCNT)、多壁碳纳米管(MWCNT)、双壁碳纳米管(DWCNT)。例如，CNT可以通过缩聚、通过界面聚合或者通过与内酰胺开环聚合(ROP)而用二胺和/或二酸官能化。在一些情况下，用羧酸部分官能化CNT可以在硫酸、硝酸、氯酸盐或过硫酸铵氧化的存在下进行。另选地，CNT的官能化可以通过直接磺化、金属化和对CNT的脱氧表面亲电加成来进行。CNT用官能团(例如，氨基基团或羧酸)的共价改性物可以进一步与单体单元、低聚物反应，或者直接与聚酰胺的较长聚合物链反应，以改善CNT在聚合物基质内的分散能力，并且在聚合物内容易地集成以形成对应的聚酰胺热塑性聚合物纳米复合物。
[0015]有利地，高度球形CNM
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聚酰胺颗粒/粉末可经由例如熔融乳化、冷冻研本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选择性激光烧结的方法，所述方法包括：将碳纳米材料
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接枝
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聚酰胺(CNM
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聚酰胺)颗粒任选地与其它热塑性聚合物颗粒组合沉积到表面上，其中所述CNM
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聚酰胺颗粒包含接枝到碳纳米材料(CNM)的聚酰胺；以及在沉积之后，将所述CNM
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聚酰胺颗粒的至少一部分暴露于激光，以熔合所述CNM
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聚酰胺颗粒的聚合物颗粒并通过选择性激光烧结而形成固结体。2.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述CNM
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聚酰胺的总重量计，所述CNM
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聚酰胺包含50重量％至99.95重量％的聚酰胺和约0.05重量％至约50重量％的碳纳米材料。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚酰胺选自：聚己内酰胺、聚(丁二酰己二胺)、聚己二酰己二胺、聚亚戊基己二酰胺、聚癸二酰己二胺、聚十一烷酰胺、聚十二烷酰胺、聚亚己基对苯二甲酰胺、尼龙10,10、尼龙10,12、尼龙10,14、尼龙10,18、尼龙6,18、尼龙6,12、尼龙6,14、尼龙12,12、半芳族聚酰胺、芳族聚酰胺、它们的任何共聚物以及它们的任何组合。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述CNM选自碳纳米管、石墨、石墨烯、富勒烯以及它们的任何组合。5.根据权利要求1所述的方法，其中聚酰胺与CMN的摩尔比为约500:1至约1:500。6.根据权利要求5所述的方法，其中聚酰胺与CMN的摩尔比为约20:1至约10:1。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚酰胺接枝在所述CNM的表面上，以通过缩聚、界面聚合或者通过开环聚合(ROP)而产生CNM
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聚酰胺。8.根据权利要求7所述的方法，其中ROP是原位阴离子开环聚合(AROP)。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述原位AROP在引发剂和任选的活化剂的存在下进行。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述聚酰胺与所述引发剂的重量比为约90:10至约99:1。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述CNM
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聚酰胺颗粒具有约0.90至约1.0的圆度。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述CNM
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聚酰胺颗粒具有嵌入所述CNM
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【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：