[发明专利]用于制备热塑性聚合物颗粒的熔融乳液挤出方法

说明书

本发明题为“用于制备热塑性聚合物颗粒的熔融乳液挤出方法”。本发明公开了一种制备热塑性聚合物颗粒的方法，该方法可包括：在大于热塑性聚合物的熔点或软化温度的温度下，以得以将热塑性聚合物分散在载流体中的足够高的剪切速率在挤出机中混合包含热塑性聚合物和与该热塑性聚合物不混溶的载流体的混合物；将混合物冷却到低于热塑性聚合物的熔点或软化温度以形成凝固的颗粒，该凝固的颗粒包含具有0.90或更大的圆度并且包含热塑性聚合物的热塑性聚合物颗粒；以及将凝固的颗粒从载流体分离。

技术领域

本公开涉及热塑性聚合物颗粒及制备此类颗粒的方法。此类颗粒(尤其是高度球形的热塑性聚合物颗粒)除了别的之外还可用作增材制造的原材料。

背景技术

三维(3D)打印(也称为增材制造)是迅速发展的技术领域。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生产商业和工业物品，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。

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)。不完全层间熔合可产生结构薄弱点，这对于打印具有严格结构公差和机械公差的物品可能是有问题的。

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。尽管各种各样的热塑性聚合物是已知的，但是相对较少的热塑性聚合物具有适用于3D打印的特性，特别是当使用粉末床熔融(PBF)时。使用粉末材料的增材制造方法包括PBF、选择性激光烧结(SLS)、选择性热烧结(SHM)、选择性激光熔化(SLM)、电子束熔炼(EBM)、粘结剂喷射和多射流熔融(MJF)。在SLS打印方法中，来自高功率激光器的能量使颗粒熔合在一起。适用于3D打印的典型热塑性聚合物包括具有明确熔点以及比熔点低约20℃至50℃的再结晶点的那些。该差值可允许相邻聚合物层之间发生更有效的聚结，从而促进改善的结构和机械完整性。

为了使用粉末微粒(特别是聚合物粉末微粒)实现良好打印性能，粉末微粒需要在固体状态下保持良好流动特性。可例如通过测量样品中能够穿过指定尺寸的标准筛的粉末微粒的分数和/或测量休止角来评估流动特性。可筛分的粉末微粒的高分数可指示微粒以非团聚、基本上单独的微粒形式存在，这可为即用粉末流的特征。另外，休止角的较低值可为即用粉末流的特性。样品中的相对较窄的粒度分布和微粒形状的规则性也可有助于促进良好粉末流动性能。

商业粉末微粒通常通过低温研磨或沉淀过程获得，这可产生不规则微粒形状和宽粒度分布。不规则微粒形状可导致3D打印过程中不良的粉末流动性能。另外，具有形状不规则性的粉末微粒(尤其是从当前商业过程获得的那些)可在沉积和固结后带来不良的充填效率，从而由于粉末微粒未在沉积期间紧密充填在一起而在打印的物品中广泛形成空隙。宽粒度分布类似地在这方面可能是有问题的。尽管可通过与填料和助流剂干混来在一定程度上解决不良的粉末流动性能，但是这些技术对于更软的聚合物材料(诸如弹性体)可能会因微粒聚集而具有有限的有效性。

发明内容

本公开涉及热塑性聚合物颗粒及制备此类颗粒的熔融乳液挤出方法。此类颗粒(尤其是高度球形的热塑性聚合物颗粒)除了别的之外还可用作增材制造的原材料。

本文描述了一种方法，该方法包括：在大于热塑性聚合物的熔点或软化温度的温度下，以得以将热塑性聚合物分散在载流体中的足够高的剪切速率在挤出机中混合包含热塑性聚合物和与该热塑性聚合物不混溶的载流体的混合物；将混合物冷却到低于热塑性聚合物的熔点或软化温度以形成凝固的颗粒，该凝固的颗粒包含具有0.90或更大的圆度并且包含热塑性聚合物的热塑性聚合物颗粒；以及将凝固的颗粒从载流体分离。

本文描述了一种组合物，该组合物包含：颗粒，该颗粒包含具有0.90或更大的圆度的热塑性聚合物颗粒。

附图说明