回收利用廢棄高密度聚乙烯塑料制備3d打印材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及3D打印材料的制備方法，特別是一種回收利用廢棄高密度聚乙烯塑料制備3D打印材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印又被稱作“快速成型技術(shù)”，它通過一層一層鋪疊打印材料方式來實(shí)現(xiàn)三維物體的制造。3D打印技術(shù)源自于100多年前的照相雕塑和地貌成型技術(shù)，上世紀(jì)80年代形成雛形，隨著近30年的發(fā)展，3D打印技術(shù)突飛猛進(jìn)。目前主流3D打印技術(shù)主要有熔融沉積快速成型，光固化成型、粉末粘結(jié)成型等幾種。隨著3D打印技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟，它在航空航天、生物醫(yī)藥、建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用逐步拓寬，其方便快捷、能夠提高材料利用率等優(yōu)勢(shì)不斷顯現(xiàn)，與傳統(tǒng)制造的結(jié)合也更加緊密，不斷推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。
[0003]現(xiàn)階段制約3D打印技術(shù)發(fā)展的因素主要有兩個(gè):打印材料和設(shè)備。3D打印技術(shù)本身并不復(fù)雜，但可用的耗材是個(gè)難點(diǎn)。普通打印機(jī)的耗材是墨水和紙張，但3D打印機(jī)的耗材主要是膠水和高分子材料，而且必須經(jīng)過特殊處理，對(duì)材料的固化反應(yīng)速度等也要求很高，不同的3D打印技術(shù)也對(duì)成型材料有不同的要求?，F(xiàn)代的3D打印技術(shù)多使用ABS樹脂、人造橡膠、塑料、沙子、鑄蠟和聚酯熱塑性塑料等，這些材料多為粉末或者粘稠的液體，從價(jià)格上看，便宜的幾百塊1kg，最貴的Ikg甚至達(dá)到4萬元左右，所以當(dāng)前3D打印材料的成本是制約3D打印技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的一大因素。
[0004]高密度聚乙烯塑料(HDPE)是一種結(jié)晶度高、非極性的熱塑性樹脂。高密度聚乙烯為無毒、無味、無臭的白色顆粒，熔點(diǎn)約為130°〇，相對(duì)密度為0.941?0.960。它具有良好的耐熱性和耐寒性，化學(xué)穩(wěn)定性好，還具有較高的剛性和韌性，機(jī)械強(qiáng)度好。HDPE塑料制品的生產(chǎn)工藝有中空吹塑、注塑和擠出等；其產(chǎn)品形式包括了各種容器、網(wǎng)、打包帶、電纜覆層、管材、異型材、片材等。
[0005]CN103980593A涉及一種改性高密度聚乙烯3D打印成型材料及其制備方法，該方法使用經(jīng)過硝酸活化的碳納米管，并添加滑石、碳酸鈣將高密度聚乙烯改性，增強(qiáng)高密度聚乙烯的拉伸強(qiáng)度和沖擊韌性，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，使高密度聚乙烯材料更加符合3D打印材料的特點(diǎn)。該方法使用高速混合機(jī)將各種添加劑和高密度聚乙烯進(jìn)行混合，再進(jìn)行擠壓造粒。其缺點(diǎn)在各添加劑與高密度聚乙烯并未充分混合和接觸，添加劑的改性作用發(fā)揮不夠充分，同時(shí)但納米管的價(jià)格比較貴，導(dǎo)致總成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種回收利用廢棄高密度聚乙烯塑料制備3D打印材料的方法，該方法通過對(duì)回收廢棄的高密度聚乙烯塑料進(jìn)行粉碎、改性處理后得到符合3D打印的材料，并且降低3D打印材料的成本。
[0007]本發(fā)明回收利用廢棄高密度聚乙烯塑料制備3D打印材料的方法，包括如下操作步驟:
[0008](I)按重量份配比準(zhǔn)備以下的原料:廢棄高密度聚乙烯100份，麻纖維10-40份，木素磺酸鈣10-30份，硅酸鈣10-30份，偶聯(lián)劑0.8-1.4份，相容劑10份，增塑劑20-30份:
[0009](2)低溫粉碎
[0010]將上述原料混合置入液氨低溫粉碎機(jī)中粉碎，粉碎溫度-120?-140°C，粉碎時(shí)間l-2h，粉碎至細(xì)度達(dá)到40-60目；
[0011](3)擠壓造粒
[0012]將步驟⑵得到的混合物粉末使用雙螺桿擠壓成型機(jī)擠壓造粒，機(jī)頭溫度110-130°C，螺桿轉(zhuǎn)速90-120r/min，經(jīng)擠壓造粒得到符合3D打印的材料。
[0013]所述廢棄高密度聚乙烯的預(yù)處理是:使用硬塑料破碎機(jī)對(duì)廢棄HDPE塑料進(jìn)行初步粉碎，隨后利用間歇式攪拌塑料清洗機(jī)將破碎過的廢棄HDPE進(jìn)行徹底清洗，去除表面的污物，自然風(fēng)干備用。
[0014]所述麻纖維的預(yù)處理是:將麻纖維撕碎，浸入濃度為18 %的NaOH溶液(10g溶液中含有18g NaOH)中浸泡，溫度20°C，反應(yīng)時(shí)間2h，隨后使用去離子水充分清洗，濾出大部分水分后，冷凍干燥至恒重備用。
[0015]所述麻纖維為大麻纖維，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑KH-570或KH-550，所述相容劑為馬來酸酐相容劑，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二甲酯。
[0016]所述廢棄HDPE塑料為廢棄牛奶瓶，藥瓶，洗發(fā)水以及沐浴露瓶等。
[0017]本發(fā)明使用廢棄HDPE塑料為原料，成本低廉。原料使用低溫粉碎，可以減輕粉碎中HDPE的性能損失，同時(shí)可以更加徹底的粉碎，得到的粉末粒度更小，很大程度上增加了微粉的比表面積，使其吸附性得到增強(qiáng)，利于各種添加劑和HDPE得到充分和均勻的混合，經(jīng)過擠壓造粒后得到的產(chǎn)物，其韌性、拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度得到增強(qiáng)，使其性能可以滿足3D打印的要求。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法作進(jìn)一步的說明。
[0020]1、破碎清洗
[0021]使用硬塑料破碎機(jī)對(duì)廢棄HDPE塑料進(jìn)行初步粉碎，隨后利用間歇式攪拌塑料清洗機(jī)將破碎過的廢棄HDPE塑料進(jìn)行徹底清洗，去除表面的污物，自然風(fēng)干，得到廢棄高密度聚乙烯備用。
[0022]2、麻纖維的處理
[0023]將麻纖維剪碎，浸入濃度為18 %的NaOH溶液中(10g溶液中含有18g NaOH)浸泡，溫度20°C，反應(yīng)時(shí)間2h，隨后使用去離子水充分清洗，濾出大部分水分后冷凍干燥至恒重備用。
[0024]3、低溫粉碎
[0025]將經(jīng)步驟I處理得到的廢棄高密度聚乙烯和經(jīng)步驟2處理后的麻纖維與以下原料按重量份配比混合:廢棄高密度聚乙烯100份，麻纖維10-40份，木素磺酸鈣10-30份，硅酸鈣10-30份，偶聯(lián)劑0.8-1.4份，相容劑10份，增塑劑20-30份混合后置入液氨低溫粉碎機(jī)中粉碎，粉碎溫度-120?-140°C，粉碎時(shí)間l_2h，粉碎至細(xì)度達(dá)到40-60目。
[0026]4、擠壓造粒
[0027]將粉碎后的混合粉末使用雙螺桿擠壓劑擠出造粒，機(jī)頭溫度110_130°C，螺桿轉(zhuǎn)速90-120r/min，經(jīng)擠壓造粒得到符合3D打印的材料。
[0028]所述麻纖維為大麻纖維，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑KH-570或KH-550，所述相容劑為馬來酸酐相容劑，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二甲酯。
[0029]所述廢棄HDPE塑料為廢棄牛奶瓶，藥瓶，洗發(fā)水以及沐浴露瓶等。
[0030]以下是本發(fā)明方法的實(shí)施例:
[0031]實(shí)施例1:
[0032]制備方法:
[0033](I)取回收的廢棄牛奶瓶，藥瓶，洗發(fā)水以及沐浴露瓶等HDPE，使用硬塑料破碎機(jī)破碎，隨后再置入塑料清洗機(jī)中徹底清洗至表面無明顯污物殘留，常溫下自然風(fēng)干，得到廢棄高密度聚乙烯備用。
[0034](2)將大麻纖維撕碎，用溫度為20°C，質(zhì)量濃度為18%的NaOH溶液浸泡2h后取出，隨后用去離子水充分清洗，除去殘余NaOH，濾出大部分水分后冷凍干燥至恒重備用。
[0035](3)將步驟(1)、(2)中得到的廢棄高密度聚乙烯、大麻纖維和其他添加劑按以下重量配比進(jìn)行混合:高密度聚乙烯10kg、大麻纖維1kg、硅酸鈣1kg、木素磺酸鈣1kg、偶聯(lián)劑KH-57080g、相容劑馬來酸酐1kg、增塑劑鄰苯二甲酸二甲酯2kg—起置入液氨低溫粉碎機(jī)中粉碎，粉碎溫度_120°C，粉碎時(shí)間lh，粉碎細(xì)度40目。
[0036](4)將步驟(3)中得到的混合物粉末使用雙螺桿擠壓成型機(jī)擠壓造粒，機(jī)頭溫度IlO0C,螺桿轉(zhuǎn)速90r/min，得到的顆粒其韌性、拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度比原廢棄高密度聚乙烯塑料更強(qiáng)，可以用作3D打印材料。
[0037]實(shí)施例2:
[0038]制備方法:
[0039](I)取實(shí)施例1中步驟(I)、(2)得到的廢棄高密度聚乙烯、大麻纖維和其他添加劑按以下重量配比進(jìn)行混合:高密度聚乙烯10kg、大麻纖維2kg、硅酸鈣2kg、木素磺酸鈣2kg、偶聯(lián)劑KH-550100g、馬來酸酐相容劑1kg、增塑劑鄰苯二甲酸二甲酯2.5kg —起置入液氨低溫粉碎機(jī)中粉碎，粉碎溫度_125°C，粉碎時(shí)間1.5h，粉碎細(xì)度50目。
[0040](2)將步驟(3)中得到的混合物粉末使用雙螺桿擠壓成型機(jī)擠壓造粒，機(jī)頭溫度120°C，螺桿轉(zhuǎn)速100r/min，得到的顆粒其韌性、拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度比原廢棄高密度聚乙烯塑料更強(qiáng)，可以用作3D打印材料。
[0041]實(shí)施例3:
[0042]制備方法:
[0043](I)取實(shí)施例1中步驟(I)、(2)得到的廢棄高密度聚乙烯、大麻纖維和其他添加劑按以下重量配比進(jìn)行混合:高密度聚乙烯10kg，大麻纖維3kg，木素磺酸鈣3kg，硅酸鈣3kg，偶聯(lián)劑KH-570110g，馬來酸酐相容劑lkg，增塑劑鄰苯二甲酸二甲酯3kg—起置入液氨低溫粉碎機(jī)中粉碎，粉碎溫度_130°C，粉碎時(shí)間2h，粉碎細(xì)度60目。
[0044](2)將步驟(3)中得到的混合物粉末使用雙螺桿擠壓成型機(jī)擠壓造粒，機(jī)頭溫度125°C，螺桿轉(zhuǎn)速110r/min，得到的顆粒其韌性、拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度比原廢棄高密度聚乙烯塑料更強(qiáng)，可以用作3D打印材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.回收利用廢棄高密度聚乙烯塑料制備3D打印材料的方法，其特征在于，包括如下操作步驟: (1)按重量份配比準(zhǔn)備以下的原料:廢棄高密度聚乙烯100份，麻纖維10-40份，木素磺酸鈣10-30份，硅酸鈣10-30份，偶聯(lián)劑0.8-1.4份，相容劑10份，增塑劑20-30份: (2)低溫粉碎 將上述原料混合置入液氨低溫粉碎機(jī)中粉碎，粉碎溫度-120?-140°C，粉碎時(shí)間l-2h，粉碎至細(xì)度達(dá)到40-60目； (3)擠壓造粒 將步驟(2)得到的混合物粉末使用雙螺桿擠壓成型機(jī)擠壓造粒，機(jī)頭溫度110-130°C，螺桿轉(zhuǎn)速90-120r/min，經(jīng)擠壓造粒得到符合3D打印的材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述回收利用廢棄高密度聚乙烯塑料制備3D打印材料的方法，其特征在于，所述廢棄高密度聚乙烯的預(yù)處理是:使用硬塑料破碎機(jī)對(duì)廢棄HDPE塑料進(jìn)行初步粉碎，隨后利用間歇式攪拌塑料清洗機(jī)將破碎過的廢棄HDPE進(jìn)行徹底清洗，去除表面的污物，自然風(fēng)干備用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述回收利用廢棄高密度聚乙烯塑料制備3D打印材料的方法，其特征在于，所述麻纖維的預(yù)處理是:將麻纖維撕碎，浸入濃度為18%的NaOH溶液中浸泡，溫度20°C，反應(yīng)時(shí)間2h，隨后使用去離子水充分清洗，濾出大部分水分后，冷凍干燥至恒重備用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述回收利用廢棄高密度聚乙烯塑料制備3D打印材料的方法，其特征在于，所述麻纖維為大麻纖維，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑KH-570或KH-550，所述相容劑為馬來酸酐相容劑，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二甲酯。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種回收利用廢棄高密度聚乙烯塑料制備3D打印材料的方法，該方法所用原料為廢棄高密度聚乙烯塑料，它由以下重量份配比的原料制成：高密度聚乙烯100份，麻纖維10-40份，木素磺酸鈣10-30份，硅酸鈣10-30份，偶聯(lián)劑0.8-1.4份，相容劑10份，增塑劑20-30份。該方法包括以下步驟：1、廢棄塑料破碎清洗；2、大麻纖維預(yù)處理；3、添加助劑并進(jìn)行低溫粉碎；4、擠壓造粒。本發(fā)明方法通過將廢棄的高密度聚乙烯塑料重新利用，添加助劑對(duì)其進(jìn)行改性，強(qiáng)化其韌性、拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，使其成為符合3D打印要求的材料，大大降低了3D打印材料的成本。
【IPC分類】C08K3-34, B29C47-92, C08L23-06, C08L97-02, C08K13-02, D06M101-06, D06M11-38, B29B9-06
【公開號(hào)】CN104629152
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510084528
【發(fā)明人】黃麗婕, 周雷, 楊瑩, 劉明, 王曉彤, 蔡園園, 黃崇杏, 農(nóng)光再, 王雙飛
【申請(qǐng)人】廣西大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年2月16日