聚合物-陶瓷核-壳颗粒粉末及其制备方法和包含该粉末的制品技术

陶瓷

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚合物
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陶瓷核
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壳颗粒粉末及其制备方法和包含该粉末的制品
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年2月14日提交的欧洲专利申请第20157486.0号和2019年9月27日提交的美国临时专利申请第62/907175号的优先权，其均通过引用整体并入本文。


[0003]本公开内容一般地涉及陶瓷
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热塑性复合材料，更具体地但不作为限制，涉及其中聚合物表现出诱导的结晶度的聚合物
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陶瓷核
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壳颗粒粉末，以及相关的方法和制品。

技术介绍

[0004]目前，具有高比例陶瓷的陶瓷
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聚合物复合材料的数量有限。已知的陶瓷
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聚合物复合材料通常包含显著小于50体积％的陶瓷，以及显著大于50体积％的聚合物。
[0005]第一类所述陶瓷
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聚合物复合材料依赖于热固性方法，其中单体与多孔陶瓷结构结合并固化以形成复合材料。但是这种方法一般需要过长的固化时间，并且最终件的密度一般取决于陶瓷中孔隙的大小和树脂的黏度。
[0006]第二类所述陶瓷
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聚合物复合材料依赖于热塑性聚合物，其一般不需要时间来固化，而是可以简单地加热至熔化并随后冷却以使热塑性聚合物凝固，从而允许相对较快的加工。陶瓷填料已与热塑性塑料复合以实现某些性质，包括刚度和强度。然而，由于常规复合技术的限制，所述热塑性聚合物中的陶瓷填料含量通常被限制在显著小于50体积％。例如，在这种类型的传统方法中，向聚合物中加入陶瓷填料并在挤出机中复合该混合物并制粒。通常，陶瓷填料在聚合物基质中的分散和分布高度依赖于陶瓷和聚合物的类型、其他添加剂和偶联剂、混合速率、剪切速率、温度及各种其他参数。至少由于这些限制，聚合物基质中较高比例的陶瓷填料(例如，大于50体积％)是有挑战性的，并且可能例如损坏挤出机中的螺杆(取决于陶瓷的硬度)及由于剪切和热而使聚合物降解。
[0007]第三类所述陶瓷
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聚合物复合材料依赖于最近发现的称为“冷烧结”的方法，其各个方面可见述于美国专利申请公开第US 2017/0088471号及PCT申请公开(1)第WO 2018/039620号、(2)第WO 2018/039628号、(3)第WO 2018/039619号和(4)第WO 2018/039634号中。然而，冷烧结的一个缺点是并非所有陶瓷都可有效地冷烧结。例如，某些结构陶瓷，比如氧化铝、氧化锆、氧化钛和碳化硅，通常不能被冷烧结。另外，通过冷烧结产生的结构通常使用陶瓷作为基质和聚合物作为填料，这通常导致不同的结构性质和对各种最终用途应用的不同适用性。
[0008]第四类所述陶瓷
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聚合物复合材料可涉及将非晶聚合物溶解在溶剂中并将陶瓷颗粒混合至聚合物
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溶剂混合物中。例如，可使用喷动床造粒方法来产生聚合物涂覆的陶瓷粉末，如Wolff,Composites Science and Technology 90(2014)154
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159中所描述的。

技术实现思路

[0009]本公开内容包括其中聚合物壳表现出诱导的结晶度的聚合物
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陶瓷核
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壳颗粒、该核
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壳颗粒的粉末和团粒、以粉末和团粒形式制备该核
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壳颗粒的方法、以及由该核
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壳颗粒的粉末模制部件的方法。该核
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壳颗粒包含核和围绕核的壳，其中壳包含表现出诱导的结晶度的聚合物，并且核包含陶瓷。聚合物一般是非晶的，但当形成本专利技术的核
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壳颗粒的壳时表现出诱导的结晶度，并且选自以下聚合物：聚碳酸酯(PC)共聚物、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚酰亚胺(PEI)共聚物、聚苯砜(PPSU)、聚芳醚砜(PAES)和聚醚砜(PES)。聚合物壳的诱导的结晶度是可识别的并且其特征在于壳的聚合物表现出玻璃化转变温度(Tg)和熔融温度(Tm)，例如通过下述差示扫描量热法(DSC)测定。陶瓷选自以下陶瓷：氧化铝(Al2O3)、氧化铁(Fe2O3)、铁(II、III)氧化物(Fe3O4)、氧化锌(ZnO)、氧化锆(ZrO2)和二氧化硅(SiO2)。该核
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壳颗粒及其粉末和团粒允许通过常规方法如压缩成型和注射成型来模制具有高陶瓷含量的陶瓷
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复合材料模制部件。
[0010]本专利技术的制备聚合物
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陶瓷核
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壳颗粒的方法允许形成具有相对均匀的聚合物壳材料涂层的该核
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壳颗粒。更具体地，在本专利技术的核
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壳颗粒(通过本专利技术的方法形成的)中，壳可基本上包围核的所有表面，至少为其中聚合物占核
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壳颗粒的至少10体积％的结构。同样，本专利技术的核
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壳颗粒(通过本专利技术的方法形成的)便于陶瓷
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聚合物复合材料件的模制，与其中件由单独的陶瓷颗粒和聚合物颗粒的混合物模制而成的现有复合方法相比，陶瓷颗粒的团聚显著减少。举例来说而不受特定理论的限制，目前认为在陶瓷核上形成的基本上均匀的聚合物涂层使得聚合物在加工和模制过程中抵抗与陶瓷分离，并从而抵抗陶瓷核之间的接触(和团聚)。此外，本专利技术的制备聚合物
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陶瓷核
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壳颗粒的方法允许形成相对细的、相对一致的粉末而不需要研磨或筛分。本专利技术的方法还可产生尺寸相对于起始聚合物粉末变化较小的核
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壳颗粒，这进而导致相比于用其中件由单独的陶瓷颗粒和聚合物颗粒的混合物模制而成的传统复合方法模制部件中可实现更均匀的陶瓷和聚合物分布。例如，如下面在表1B中更详细地描述的，PPS
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Al2O3的Dv90为所述实施例中使用的原始PPS粉末的Dv90的约32％。
[0011]最后，本专利技术的方法允许形成具有相对大的陶瓷分数(例如，大于50体积％、50体积％至90体积％、50体积％至70体积％和/或诸如此类的)的聚合物
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陶瓷核
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壳颗粒的粉末。再举例来说，对于55:45至65:45的陶瓷:聚合物体积比，陶瓷颗粒可具有2m2/g至4m2/g(例如，2m2/g至2.5m2/g、2m2/g至3m2/g、2m2/g至3.5m2/g、2.5m2/g至3m2/g、2.5m2/g至3.5m2/g、2.5m2/g至4m2/g、3m2/g至3.5m2/g、3m2/g至4m2/g或3.5m2/g至4m2/g)的表面积；对于50:50至60:40的陶瓷:聚合物体积比，陶瓷颗粒可具有3m2/g至6m2/g(例如，3m2/g至3.5m2/g、3m2/g至4m2/g、3m2/g至4.5m2/g、3m2/g至4m2/g、3m2/g至5m2/g、3m2/g至4m2/g、3m2/g至5.5m2/g、3.5m2/g至4m2/g、3.5m2/g至4.5m2/g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】1.一种陶瓷
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聚合物复合材料粉末，所述粉末包含：多个核
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壳颗粒，其中：每个核
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壳颗粒包含核和围绕核的壳；所述核包含选自以下陶瓷的陶瓷颗粒：Al2O3、Fe3O4、Fe2O3、ZnO、ZrO2、SiO2以及这些陶瓷中任意两种或多于两种的组合；所述壳包含选自以下聚合物的聚合物：聚碳酸酯(PC)共聚物、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚酰亚胺(PEI)共聚物、聚苯砜(PPSU)、聚芳醚砜(PAES)和聚醚砜(PES)；和其中核
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壳颗粒包含50体积％至90体积％的陶瓷，以及10体积％至50体积％的聚合物；其中核
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壳颗粒具有100纳米(nm)至100微米(μm)的Dv50；和其中基本上所有聚合物是非交联的；和其中核
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壳颗粒是粉末形式。2.根据权利要求1所述的粉末，其中核
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壳颗粒包含50体积％至70体积％的陶瓷。3.根据权利要求1所述的粉末，其中壳的聚合物表现出诱导的结晶度。4.根据权利要求1所述的粉末，其中核
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壳颗粒具有小于百万分之3000(3000ppm)的聚合物溶剂含量。5.一种致密的聚合物
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陶瓷复合材料制品，其包含：聚合物基质和设置在聚合物基质中的陶瓷填料；其中陶瓷填料包含选自以下陶瓷的陶瓷颗粒：Al2O3、Fe3O4、Fe2O3、ZnO、ZrO2、SiO2以及这些陶瓷中任意两种或多于两种的组合；其中聚合物基质包含选自以下聚合物的聚合物：聚碳酸酯(PC)共聚物、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚酰亚胺(PEI)共聚物、聚苯砜(PPSU)、聚芳醚砜(PAES)和聚醚砜(PES)；和其中陶瓷填料占制品的50体积％至90体积％，并且聚合物基质占制品的10体积％至50体积％；其中陶瓷颗粒基本上无团聚；和其中制品的相对密度大于90％。6.根据权利要求5所述的制品，其中陶瓷颗粒具有100纳米(nm)至100微米(μm)的Dv50。7.根据权利要求6所述的制品，其中聚合物基质中基本上所有聚合物是非交联的。8.根据权利要求5至7中任一项所述的制品，其中制品包括手机壳体、手表边框或便携式电子装置的壳体。9.一种团粒形式的陶瓷
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聚合物复合材料，所述材料包含：各自包含多个核
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壳颗粒的多个固体团粒，其中：每个核
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壳颗粒包含核和围绕核的壳；所述核包含选自以下陶瓷的陶瓷颗粒：Al2O3、Fe3O4、Fe2O3、ZnO、ZrO...

【专利技术属性】
技术研发人员：维斯瓦纳坦，
申请(专利权)人：高新特殊工程塑料全球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：