包含纳米粘土填充的聚合物的球形颗粒及其生产方法和用途技术

本公开提供用于生产高度球形颗粒的方法，这些方法包括：将包含：(a)包含分散在热塑性聚合物中的纳米粘土的纳米粘土填充的聚合物复合材料、(b)与该纳米粘土填充的聚合物复合材料的该热塑性聚合物不可混溶的载流体、任选地(c)未填充有纳米粘土的热塑性聚合物和任选地(d)乳液稳定剂的混合物，在等于或大于该纳米粘土填充的聚合物的该热塑性聚合物以及当包括在内时的该热塑性聚合物的熔点或软化温度的温度下混合，以将该纳米粘土填充的聚合物复合材料分散在该载流体中；将该混合物冷却到低于该熔点或软化温度以形成纳米粘土填充的聚合物颗粒；以及将该纳米粘土填充的聚合物颗粒从该载流体中分离。从该载流体中分离。从该载流体中分离。

【技术实现步骤摘要】
包含纳米粘土填充的聚合物的球形颗粒及其生产方法和用途


[0001]本公开涉及高度球形颗粒，该高度球形颗粒包含纳米粘土填充的聚合物。本公开还涉及此类颗粒的组合物、合成方法和应用。

技术介绍

[0002]热塑性聚合物通常用于制备挤出物品，如膜、袋、颗粒和长丝。热塑性聚合物的一个示例为聚氨酯。聚氨酯具有承受高温或低温而不损失物理性质的能力。聚氨酯是结合了橡胶的柔韧性与韧性和耐久性的高性能弹性体材料。
[0003]聚氨酯在汽车(例如，座椅、扶手、头枕、釉面挡风玻璃和窗户)、医疗(例如，导管、通用管道、医院病床、外科手术盖布、伤口敷料、注射成型装置、医疗植入物、医疗装置)、粘合剂、密封剂、过滤器、鞋类部件、线护套、防护服装、计算机部件、航空航天部件和零件中具有许多应用。热塑性弹性体是具有结晶“硬”链段和无定形“软”链段的共聚物。聚氨酯是通常通过异氰酸酯、多元醇和扩链剂的聚合制备的热塑性弹性体。软链段通常是具有低玻璃化转变温度的赋予聚合物材料柔性的多元醇。硬链段通常是具有扩链剂的提供韧性的氨基甲酸酯。
[0004]因此，由热塑性聚合物诸如聚氨酯形成的物品可用于高要求应用中，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)被越来越多地用于生产此类物品。选择性激光烧结已经使得能够从各种材料直接制造高分辨率和尺寸精度的三维物品，这些材料包括聚苯乙烯、尼龙、其它塑料和复合材料，诸如聚合物涂覆金属和陶瓷。
[0005]由于聚氨酯的流动性质、比其他聚合物更低的成本以及理想的烧结窗口，聚氨酯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性质可能超出了聚氨酯的物理性质。
[0006]粘土纳米填料(也称为纳米粘土)已成为用于增加聚合物复合材料(如聚氨酯复合材料)的机械性能的常见添加剂。纳米粘土具有特征性片状形式、片状软结构、低比重、轻质和高长径比以及纳米级厚度。纳米粘土掺入聚合物中对于改进聚合物复合材料的物理和机械性能是至关重要的。聚合物与纳米粘土之间的不良物理交互作用通常导致不良的机械和热特性。仍然需要改善纳米粘土在整个聚合物基体中的分散。对可将纳米粘土填充的聚合物复合材料制造成物品所借助的方法进行扩展将进一步扩展聚合物复合材料工业。

技术实现思路

[0007]本公开涉及高度球形颗粒，该高度球形颗粒包含纳米粘土填充的聚合物。本公开还涉及此类颗粒的组合物、合成方法和应用。
[0008]本公开包括方法，这些方法包括：将包含：(a)包含分散在热塑性聚合物中的纳米粘土的纳米粘土填充的聚合物复合材料、(b)与该纳米粘土填充的聚合物复合材料的热塑性物质不可混溶的载流体、任选地(c)未填充有纳米粘土的热塑性聚合物和任选地(d)乳液稳定剂的混合物，在等于或大于该纳米粘土填充的聚合物的热塑性聚合物以及当包括在内
时的该热塑性聚合物的熔点或软化温度的温度下混合，以将该纳米粘土填充的聚合物复合材料分散在该载流体中；将该混合物冷却到低于该熔点或软化温度以形成纳米粘土填充的聚合物颗粒；以及将这些纳米粘土填充的聚合物颗粒从该载流体中分离。
[0009]本公开还包括方法，这些方法包括：将通过前述方法生产的纳米粘土填充的聚合物颗粒，任选地与热塑性聚合物颗粒(优选地具有相似的尺寸和形状，但可为多孔的或实心的)组合来沉积在表面上(例如，以层和/或以指定形状)，以及一旦沉积，就加热纳米粘土填充的聚合物颗粒的至少一部分以促进其固结并形成固结体(或物品)。
[0010]第四非限制性示例性实施方案是一种组合物，该组合物包含：包含纳米粘土填充的聚合物复合材料的纳米粘土填充的聚合物颗粒，其中至少90重量％的纳米粘土作为1层至10层颗粒分散在热塑性聚合物中。
[0011]本公开还包括方法，该方法包括：将纳米粘土填充的聚合物颗粒(其中至少90重量％的纳米粘土作为1层至10层颗粒分散在热塑性聚合物中)任选地与热塑性聚合物颗粒(优选地具有相似的尺寸和形状，但可为多孔的或实心的)组合沉积在表面上(例如，以层和/或以指定形状)，以及一旦沉积，就加热纳米粘土填充的聚合物颗粒的至少一部分以促进其固结并形成固结体(或物品)。
附图说明
[0012]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。
[0013]图1为本公开的非限制性示例性方法的流程图。
[0014]图2A
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图2B、图3A
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图3B、图4A
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图4B、图5A
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图5B、图6A
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图6B、图7A
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图7B和图8A
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图8B是各种TPU/纳米粘土复合材料的扫描电镜(SEM)横截面图像。
[0015]图9A
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图9B、图10A
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图10B和图11A
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图11C是各种TPU/纳米粘土复合颗粒的SEM横截面图像。
[0016]图12A和图12B是经由一锅熔融乳化方法制备的TPU/纳米粘土复合颗粒的SEM横截面图像。
[0017]图13是TPU/纳米粘土复合材料的选择性激光烧结(SLS)。
[0018]图14是经受化学处理的TPU和TPU/纳米粘土复合材料的各种注塑部件的代表性图片。
具体实施方式
[0019]本公开涉及高度球形颗粒，该高度球形颗粒包含纳米粘土填充的聚合物。本公开还涉及此类纳米粘土填充的聚合物颗粒的组合物、合成方法和应用。本文所述的纳米粘土填充的聚合物可以例如通过熔融混合方法来生产，其中纳米粘土良好地分散在整个热塑性聚合物中。由于热塑性聚合物填充有纳米粘土，因此掺入纳米粘土填充的聚合物的物品将具有更均匀分散的纳米粘土。
[0020]更具体地，本公开包括制作高度球形聚合物颗粒的方法，这些高度球形聚合物颗粒包含尤其可以用作用于增材制造的起始材料的纳米粘土填充的聚合物。本文所述的熔融
乳化方法可有利地维持纳米粘土在热塑性聚合物中的良好分散，这可以转化为由包含纳米粘土填充的聚合物的聚合物颗粒产生的物品中的更好性质。
[0021]有利地，本公开的组合物和方法提供了适用于3D打印和其它制造应用的高度均匀的球形颗粒，当与通过其它方法(如低温研磨)制成的聚合物颗粒进行比较时，具有更好的粒度分布和改善的流动性质。此外，当与不用任何纳米粘土填充的聚合物制成的聚合物颗粒进行比较时，本公开的组合物可以显示出增加的机械性能(例如，拉伸强度、断裂伸长率)、增加的热稳定性、改善的阻燃性、改善的耐溶剂性(或改善的耐化学品性)和/或改善的气体阻隔特性(例如，允许较少的氧气和其它气体渗透)。此外，可以在几乎没有粒度分类(例如，筛分)和/或低负载纳米粘土的情况下实现所述特性中的一种或多种。因此，可以实现通过增材制造生产较轻重量的制品，其中所述制品具有改善的特性(例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，所述方法包括：将包含：(a)包含分散在热塑性聚合物中的纳米粘土的纳米粘土填充的聚合物复合材料、(b)与所述纳米粘土填充的聚合物复合材料的所述热塑性聚合物不可混溶的载流体、任选地(c)未填充有纳米粘土的热塑性聚合物和任选地(d)乳液稳定剂的混合物，在等于或大于所述纳米粘土填充的聚合物的所述热塑性聚合物以及当包括在内时的所述热塑性聚合物的熔点或软化温度的温度下混合，以将所述纳米粘土填充的聚合物复合材料分散在所述载流体中；将所述混合物冷却到低于所述熔点或软化温度以形成纳米粘土填充的聚合物颗粒；以及将所述纳米粘土填充的聚合物颗粒从所述载流体中分离。2.根据权利要求1所述的方法，其中将至少90重量％的所述纳米粘土作为1层到10层颗粒分散在所述热塑性聚合物中。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述纳米粘土包含季铵化合物。4.根据权利要求1所述的方法，其中通过在约125℃至约250℃下将所述纳米粘土与所述热塑性聚合物熔融混合约5分钟至约1小时来形成所述纳米粘土填充的聚合物复合材料。5.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述纳米粘土填充的聚合物复合材料的总重量，所述纳米粘土填充的聚合物复合材料包含约80重量％至约99.9重量％的所述热塑性聚合物以及约0.05重量％至约20重量％的所述纳米粘土。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述乳液稳定剂是存在的并且包含多个纳米颗粒，所述多个纳米颗粒包含多个氧化物纳米颗粒。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述多个氧化物纳米颗粒包括二氧化硅纳米颗粒。8.根据权利要求7所述的方法，其中基于所述纳米粘土填充的聚合物复合材料的总重量，所述二氧化硅纳米颗粒以约0.01重量％至约10重量％范围的二氧化硅纳米颗粒含量存在。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述载流体以50:50至90:10范围的所述载流体与所述纳米粘土...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：