聚合物粉末及其製備方法與流程

2023-05-10 03:00:52 1

本發明涉及聚合物粉末及其製備方法。

背景技術：

使用於建築、車輛及過濾器等的內置材料或應用於部件的複合材料(Thermoplastic Composite)根據多種目的可包含高分子粉末，例如，可包括上述粉末浸漬於纖維中的結構。在這種高分子粉末的情況下，粒子直徑的大小越小，越有利於後續工序，並且，力度分布越狹窄且越均勻，越能夠確保多種應用性。以往想通過使用球磨(ball mill)粉碎方式或冷凍粉碎方式等來以低費用製備球形微粒子。但是，為了將粒子大小變小，上述冷凍粉碎方式必須使用高費用的氮，並且由於需要經過多級的粉碎過程，因而在費用及時間方面存在問題。並且，通過這種冷凍粉碎方式製備的最終粒子的形態具有比較尖的破碎形狀，因此在流動性方面不利，從而存在無法確保多種應用性的問題。與冷凍粉碎相比，上述球磨粉碎方式的粒子的形態更接近於球形，但為了得到這種球形粒子，在使粒子分散於溶劑後，需要進行用於回收的額外的工序，因此這也存在如下的問題，即，不利於費用及時間方面、製備出的粒子的粒度分布廣且不均勻、易於發生凝集。

因此，需要如下的球形粉末的製備方法，即，有利於費用及時間方面，在製備過程中因溫度等而產生的物性變化少，並且由於粒度分布窄且均勻，從而使球形粉末呈現優秀的物性。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題

本發明的一實例提供如下的聚合物粉末，即，由於上述聚合物粉末的粒度分布狹窄且粒子大小以規定範圍保持均勻，因此可確保優秀的流動性及應用性。

本發明的另一實例提供有利於費用及時間方面且使因溫度等而產生的物性變化最小化的上述聚合物粉末的製備方法。

技術方案

在本發明的一實例中，提供如下的聚合物粉末，即，上述聚合物粉末的平均粒徑為約20μm至約300μm，粒徑小於約10μm的粒子為約10質量百分比以下，粒徑大於約300μm粒子為約10質量百分比以下。

上述聚合物粉末可包含選自由聚乳酸(PLA)、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙二醇(PEG)、熱塑性聚氨酯(TPU)、聚二甲基矽氧烷(PDMS)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、耐衝擊聚苯乙烯(High Impact Polystyrene，HIPS)、聚環氧乙烷(PEO)、聚碳酸亞乙基酯(PEC)、聚羥基脂肪酸酯(PHA)、聚羥基丁酸酯(PHB)及它們組合組成的組中的至少一種。

上述聚合物粉末的重均分子量(Mw)可以為約10000至約300000。

上述聚合物粉末的安息角可以小於約45度。

在本發明的另一實例中，提供如下的聚合物粉末的製備方法，即，包括：形成聚合物的熔融物的步驟；向上述聚合物的熔融物中投入超臨界流體來形成混合組合物的步驟；以及噴射上述混合組合物來製備聚合物粉末的步驟。

可在約100℃至約290℃的溫度下熔融聚合物來形成上述聚合物的熔融物。

形成上述混合組合物的步驟可包括向上述聚合物的熔融物中投入上述超臨界流體後進行加壓並使上述超臨界流體分散於上述聚合物的熔融物中的步驟。

形成上述混合組合物的步驟可以為向上述聚合物的熔融物中投入上述超臨界流體後以使壓力達到約50巴至約500巴的方式進行加壓的步驟。

相對於100重量份的上述聚合物的熔融物，可投入約5重量份至約15重量份的上述超臨界流體來形成上述混合組合物。

上述超臨界流體可包含選自由二氧化碳、氦、氮、甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、亞甲基及它們組合組成的組中的至少一種。

上述混合組合物的粘度可以為約10-3帕斯卡·秒至約103帕斯卡·秒。

噴射上述混合組合物來製備聚合物粉末的步驟可以為通過平均孔徑為0.01mm至3.0mm的噴嘴噴射上述混合組合物的步驟。

噴射上述混合組合物來製備聚合物粉末的步驟可以為噴射上述混合組合物的同時在-30℃至30℃的溫度下進行冷卻的步驟。

上述聚合物與上述聚合物粉末的重均分子量(Mw)之差可以為約200000以下。

上述聚合物與上述聚合物粉末的熱分解溫度之差可以為約50℃以下。

有益效果

上述聚合物粉末的粒度分布狹窄且粒子大小小及均勻，從而可確保優秀的流動性及應用性。

上述聚合物粉末的製備方法有利於費用及時間方面，並且可通過使因溫度等而產生的物性變化最小化來製備具有優秀的物性的上述聚合物粉末。

附圖說明

圖1a為拍攝根據本發明一實例製備的聚合物粉末的掃描電子顯微鏡(SEM)照片，圖1b為拍攝根據現有的製備方法製備的聚合物粉末的掃描電子顯微鏡照片。

圖2為示出根據本發明一實施例製備的聚合物粉末的粒徑的粒度分布圖表。

具體實施方式

以下，對本發明的實例進行詳細說明。但是，這只是作為例示而提出的，本發明並不限定於這些實施例，本發明僅由發明要求保護範圍來進行定義。

在本發明的一實例中，提供如下的聚合物粉末，即，上述聚合物粉末的平均粒徑為約20μm至約300μm，粒徑小於約10μm的粒子為約10質量百分比以下，粒徑大於約300μm的粒子為約10質量百分比以下。

上述聚合物粉末的平均粒徑為約20μm至約300μm，使上述聚合物粉末具有上述範圍的平均粒徑，並以粒子大小為基礎，將上述聚合物粉末應用於內置建築材料及裝修裝飾材料等，在此情況下，可確保優秀的加工性。

並且，上述聚合物粉末的粒徑小於約10μm的粒子和粒徑大於約300μm的粒子分別為10質量百分比以下，例如，可以為約5質量百分比以下。具體地，粒徑小於約10μm的粒子可以為約5質量百分比以下，粒徑大於約300μm的粒子可以為約1質量百分比以下。使上述聚合物粉末具有這種粒度分布，並在應用於內置建築材料及裝修裝飾材料時，可確保優秀的流動性及成型性。

具體地，上述聚合物粉末可包含選自由聚乳酸(PLA)，聚丙烯，聚苯乙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚乙二醇(PEG)，熱塑性聚氨酯(TPU)，聚二甲基矽氧烷(PDMS)，高密度聚乙烯(HDPE)，低密度聚乙烯(LDPE)，耐衝擊聚苯乙烯(High Impact Polystyrene，HIPS)，聚環氧乙烷(PEO)，聚碳酸亞乙基酯(PEC)，聚羥基脂肪酸酯(PHA)，聚羥基丁酸酯(PHB)及它們組合組成的組中的至少一種。

例如，上述聚合物粉末可包含聚乳酸，在這種情況下，可根據後述的製備方法容易地製備具有上述範圍的平均粒徑及粒度分布的聚合物粉末。並且，基於上述範圍的平均粒徑及粒度分布，不僅可確保優秀的流動性及加工性還可以獲得基於聚乳酸本身的環保效果。

上述聚合物粉末的重均分子量(Mw)可以為約10000至約300000，例如，可以為約50000至約200000。與上述範圍的平均粒徑及粒度分布一同，使上述聚合物粉末滿足上述範圍的重均分子量(Mw)，從而可確保優秀的流動性及成形性，與此同時，適用上述上述聚合物粉末的內置材料等可確保優秀的強度。

上述聚合物粉末的安息角可以小於約45度，例如，可以小於約40度。上述「安息角」意味著在平面上以自然狀態堆積粒子化的材料時可維持其傾斜的最大傾斜角。具體地，上述安息角可如下的通過注入穩定角度檢測方法進行測定，即，相對於通過在平坦的的水平面倒入粒子化的材料來形成的堆，上述注入穩定角度檢測方法檢測堆的傾斜面與上述水平面的角度，代替上述注入穩定角度檢測方法，可通過如下的排出穩定角度檢測方法來進行檢測，即，相對於通過形成於底面為平面的容器的孔排出上述材料來形成的尖頂形態，注入穩定角度檢測方法檢測尖頂形態的傾斜面與平面的底面形成的角度。由於上述聚合物粉末呈現上述範圍的安息角，從而可確保優秀的流動性及多種領域的應用性。

在本發明的另一實例中，提供如下的聚合物粉末的製備方法，即，上述聚合物粉末的製備方法包括：形成聚合物的熔融物的步驟；向上述聚合物的熔融物中投入超臨界流體來形成混合組合物的步驟；以及噴射上述混合組合物來製備聚合物粉末的步驟。

上述聚合物粉末的製備方法使用超臨界流體(SCF，Super critical fluid)，具體地，可以將上述超臨界流體作為添加劑來使用。由此，在低溫下，可通過上述聚合物粉末的製備方法製備聚合物粉末，由此可防止原材料的損失，並且通過上述聚合物粉末的製備方法製備的聚合物粉末在熱分解特性及粒度分布、分子量方面可確保優秀的物性。

具體地，上述聚合物粉末的製備方法可包括形成聚合物的熔融物的步驟。上述聚合物的熔融物在規定溫度下熔解由聚合物構成的原材料而成，因此由上述聚合物構成的原材料可以為小球(pellet)形狀的顆粒。

上述聚合物的熔融物可在約100℃至約290℃的溫度下融化上述聚合物而成。使上述聚合物在上述範圍內融化，從而即可避免損傷聚合物本身的物性，還可獲得適當的粘度。

上述聚合物的熔融物的粘度可以為約10-3帕斯卡·秒至約103帕斯卡·秒。上述聚合物的熔融物具有上述範圍的粘度，從而可在後述步驟中與超臨界流體順暢地混合，並且可確保優秀的加工性。

上述聚合物粉末的製備方法還可包括向上述聚合物的熔融物中投入超臨界流體來形成混合組合物的步驟。上述超臨界流體在形成上述聚合物的熔融物後投入，由此可在低溫下形成具有適當粘度的混合組合物。

具體地，形成上述混合組合物的步驟可包括向上述聚合物的熔融物中投入上述超臨界流體後進行加壓並使上述超臨界流體分散於上述聚合物的熔融物的步驟。即，上述混合組合物能夠以在上述聚合物的熔融物內分散有上述超臨界流體的狀態進行混合。

此時，形成上述混合組合物的步驟可以是向上述聚合物的熔融物中投入上述超臨界流體後以使壓力成為約50巴至約500巴的方式進行加壓的步驟，例如，可以是以使壓力成為約50巴至約300巴的方式進行加壓的步驟。在此步驟中，以使壓力保持上述範圍的方式進行加壓，由此可使上述超臨界流體均勻地分散於上述聚合物的熔融物，並且可形成具有有利於加工的粘度的混合組合物。

並且，形成上述混合組合物的步驟可以在約100℃至約290℃的溫度下進行。以往，當通過融化聚合物或高分子原材料並通過噴射等的方法製備粒子形狀時，將溫度升溫至約300℃以上的高溫，由此調節熔融物的粘度等。在這種高溫下進行製備過程時，存在如下的問題，即，使原材料的損失變大且使製備費用增加，並且所製備的粒子形狀的結果物的熱特性不好。為此，上述聚合物粉末的製備方法在上述範圍的溫度下進行上述形成混合組合物的步驟，由此不僅可防止損傷上述聚合物熔融物的物性，因此與上述超臨界流體均勻地混合，從而可形成具有適當粘度的混合組合物，最終所製備的聚合物粉末可呈現優秀的熱特性。

形成上述混合組合物的步驟可以是在注入上述聚合物的熔融物的同時使上述超臨界流體投入於上述聚合物的熔融物中的過程。此時，上述聚合物的熔融物以約2rpm至約100rpm的速度注入，並且使上述超臨界流體以約0.01g/l至約40g/l的流量注入於上述聚合物的熔融物。可通過以上述範圍的速度及流量注入上述聚合物的熔融物及上述超臨界流體來實現均勻的混合及分散，如此製備的上述混合組合物可容易地確保有利於加工的粘度。

相對於100重量份的上述聚合物的熔融物，可投入5重量份至15重量份的上述超臨界流體來形成上述混合組合物。相對於上述聚合物熔融物，添加少量的上述超臨界流體，由於上述聚合物熔融物在較低的溫度下與上述超臨界流體混合，因此可容易地製備熱特性不變且具有有利於加工的粘度的混合組合物。

相對於100重量份上述聚合物的熔融物，在包含小於約5重量份的上述超臨界流體的情況下，存在使上述混合組合物很難確保有利於加工的粘度的問題，在包含大於約15重量份的情況下，存在可發生超臨界流體的相分離現象的隱患。

上述超臨界流體作為如下的流體，即，存在於超過物質固有的臨界溫度及臨界壓力的狀態，從而呈現氣體及液體的所有屬性，具體地，可包含選自由二氧化碳、氦、氮、甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、亞甲基及它們組合組成的組中的至少一種。例如，上述超臨界流體可包含二氧化碳，在這種情況下，單價相對便宜，並且可確保與上述聚合物的熔融物順暢地混合的優點。

通過向上述聚合物的熔融物中投入上述超臨界流體來製備的混合組合物的粘度可以為約10-3帕斯卡·秒至約103帕斯卡·秒。使上述混合組合物具有上述範圍的粘度，從而可容易地噴射上述混合組合物，因此在製備聚合物粉末的過程中可確保優秀的加工性，如此製備的上述聚合物粉末可具有均勻的大小及狹窄的粒度分布。

上述聚合物粉末的製備方法可包括通過噴射上述混合組合物來製備聚合物粉末的步驟。具體地，上述混合組合物可通過噴嘴進行噴射，具體地，上述噴嘴的平均口徑可以為約0.01mm至約3.0mm。由於上述噴嘴的平均口徑滿足上述範圍，從而可使上述混合組合物順暢地流入，由此可製備具有適當的大小及狹窄的粒度分布的聚合物粉末。

具體地，上述混合組合物可在與空氣一同注入到上述噴嘴後進行噴射，此時，所注入的空氣的溫度可以為約200℃至約500℃，壓力可以為約100psi至約1000psi。並且，上述空氣的注入速度可以為約10m/s至約50m/s。上述混合組合物與滿足上述範圍的溫度、壓力及注入速度的空氣一同注入到具有上述範圍的直徑的噴嘴，從而可容易地確保通過噴射上述混合組合物及空氣製備的聚合物粉末的適當的大小及狹窄的粒度分布，並且可防止損傷聚合物本身的物性。

並且，通過噴射上述混合組合物來製備聚合物粉末的步驟可以是噴射上述混合組合物並在約-30℃至約30℃的溫度下進行冷卻的步驟。上述混合組合物被噴射的同時在上述範圍的溫度下進行冷卻，從而可提高上述聚合物粉末大小的均勻性且可滿足狹窄粒度分布。並且，可防止上述聚合物粉末的凝集以及確保優秀的流動性，並且可順暢地保持球形形狀。

上述聚合物粉末的製備方法可通過利用超臨界流體來在較低的溫度下確保適當的粘度。由此，上述聚合物粉末的製備方法可使由熱造成的原材料的損失最小化，並且與原材料相比，由於上述聚合物粉末的熱特性及分子量等的物性變化少，因此在去報費用及優秀的物性的方面可獲得益處。

具體地，用於製備上述聚合物粉末的原材料為聚合物，上述聚合物是指形成聚合物的熔融物之前的狀態。此時，上述聚合物與上述聚合物粉末的重均分子量(Mw)之差可以為約200000以下，例如，可以為約150000以下，例如，可以為約5000至150000。上述重均分子量(Mw)之差越小，意味著在製備上述聚合物粉末的過程中原材料的損失越少，使相對上述聚合物粉末的原材料的重均分子量(Mw)的變化滿足上述範圍，由此使上述聚合物粉末確保基於聚合物本身的特性的優秀的物性。

並且，上述聚合物與上述聚合物粉末的熱分解溫度之差可以為約50℃以下，例如，可以為約20℃以下，例如，可以為約2℃至20℃。上述「熱分解溫度」是指對上述聚合物施加熱量並檢測分解上述聚合物的溫度，具體地，可利用熱重分析儀(TGA)進行檢測。上述熱分解的溫度之差越小，意味著在製備上述聚合物粉末的過程中原材料的物性變化越少，使上述聚合物與上述聚合物粉末的熱分解溫度之差滿足上述範圍，從而使上述聚合物粉末可容易地確保基於聚合物本身的特性的優秀的物性。

以下提出本發明的具體實施例。但是，如下記載的實施例僅用於具體例示或說明本發明，本發明並不限定於這些實施例。

實施例1

向擠壓機中投入小球(pellet)形狀的聚乳酸樹脂，並在250℃的溫度下熔融上述聚乳酸樹脂來製備聚乳酸熔融物。然後，相對於100重量份的上述聚乳酸熔融物，在投入5重量份的二氧化碳超臨界流體後，通過加壓來進行混合及分散，由此製備混合組合物。然後，將上述混合組合物注入到噴射噴嘴，並且向溫度為20℃的腔室內進行噴射並進行冷卻來製備聚乳酸粉末。

比較例1

冷凍粉碎小球(pellet)形狀的聚乳酸樹脂，通過球磨(ball-mill)工序來製備聚乳酸粉末。

比較例2

向擠壓機中投入小球形狀的聚乳酸樹脂，在250℃的溫度下通過融化上述聚乳酸樹脂來製備聚乳酸熔融物。將上述聚乳酸熔融物升溫至400℃，並注入到噴射噴嘴，向溫度為20℃的腔體內進行噴射，並進行冷卻來製備聚乳酸粉末。

實施例1：平均粒徑及粒度分布的檢測

相對上述實施例1及比較例1，使用雷射粒度分析儀(美國麥奇克(Microtrac)社，S3500系列(Series))來檢測平均粒徑及粒度分布，並記載於下述表1。並且，在圖1a示出了根據上述實施例1製備的聚乳酸粉末的拍攝圖片，在圖1b示出了根據上述比較例1製備的聚乳酸粉末的拍攝圖片。並且，在圖2示出了根據上述實施例1的聚合物粉末的粒徑的粒度分布。

表1

實驗例2：重均分子量(Mw)之差及熱分解溫度(Tdec)之差的檢測

相對上述實施例1及比較例1，檢測作為原材料的小球形狀的聚乳酸樹脂及所製備的聚乳酸粉末的各個重均分子量(Mw)，並由此導出它們的差，利用熱重分析儀(TGA)檢測各個熱分解溫度(Tdec)，並由此導出它們的差。其結果記載於下述表2中。

表2

參照上述表1及圖2的結果可知，根據本發明一實例製備的實施例1的聚乳酸粉末的平均粒徑為20μm至300μm，並且粒徑小於10μm粒子和粒徑大於300μm的粒子均呈現10質量百分比以下的粒度分布。

並且，通過圖1的結果可知，根據本發明一實例的聚合物粉末的製備方法製備實施例1的聚乳酸粉末，從而以球形的形狀呈現上述範圍的平均粒徑。

與此相反地，可知，與實施例1相比，通過冷凍粉碎及球磨工序來製備的比較例1的聚乳酸粉末的平均粒徑大且粒度分布不均勻。

並且，參照上述表2的結果可知，與比較例2相比，根據本發明一實例製備的實施例1的聚乳酸粉末的重均分子量的減少現象及熱分解溫度的變化現象少於製備過程中的小球形狀的原料，由此可知，可更好地體現基於聚乳酸本身的優秀的物性。