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      具有木質(zhì)屬性的改性聚乳酸復(fù)合3d打印材料及制備方法與應(yīng)用

      文檔序號:9822401閱讀:721來源:國知局
      具有木質(zhì)屬性的改性聚乳酸復(fù)合3d打印材料及制備方法與應(yīng)用
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料領(lǐng)域,特別設(shè)及一種具有木質(zhì)屬性的改性聚乳酸復(fù)合 3D打印材料及制備方法與應(yīng)用。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 3D打印行業(yè)的發(fā)展越來越迅速,隨著3D打印機(jī)的普及,消費者對3D打印的花樣的 需求越來越高。除了塑料類的3D打印耗材,已經(jīng)出現(xiàn)了 W金屬、陶瓷、食物甚至人體細(xì)胞為 基材的3D打印材料(余冬梅,2014)。最近,德國發(fā)明者Kai hdhy發(fā)明了一種名為LAYW00- D3的3D打印耗材,該耗材含有一定含量的回收木材和無害的聚合物,擁有與聚乳酸相當(dāng)?shù)?耐久性,可W在175°C和250°C之間進(jìn)行3D打印。用LAYW00-D3材料打印的作品,不僅看起來 像木頭,聞起來也像木頭,最大的特點,就是可W在不同的溫度下,打印出不同的顏色。并且 能用木材加工工藝來對打印出來的產(chǎn)品進(jìn)行處理,可釘、可鉆、可創(chuàng)、可雕、可粘還可W用木 材油漆上色。目前看起來,3D打印的木塑產(chǎn)品無論是在質(zhì)量還是成本上跟天然的木質(zhì)產(chǎn)品 都無法比擬,但它有它自己獨特的美學(xué)價值。
      [000引然而,由于LAYW00-D3產(chǎn)品中木粉受熱迅速膨脹,其穩(wěn)定性難W控制,對打印機(jī)的 打印能力要求很高,只適合用于特定公司的3D打印機(jī),對于打印能力稍差的機(jī)器的適應(yīng)性 不好,尤其是中國國內(nèi)數(shù)量龐大但沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的眾多3D打印機(jī),很容易會出現(xiàn)打印絲斷 裂或堵噴頭的情況。因此一種能夠適應(yīng)國內(nèi)眾多打印機(jī)、能使打印出來的物件擁有木頭的 特征(表觀顏色、氣味等)且價格能被廣大消費者所接受的木質(zhì)3的T印耗材會有很大的市場 價值。本發(fā)明專利就是W可降解的聚乳酸(PLA)為基材,通過添加不同種類的木粉(木質(zhì)纖 維),木粉經(jīng)化學(xué)表面改性處理方法W及注塑成型方法制備相應(yīng)的木質(zhì)纖維改性聚乳酸塑 料產(chǎn)品,獲得具有木質(zhì)特征的聚乳酸復(fù)合材料,且可適用于國內(nèi)大部分3D打印機(jī)型。和專利 申請CN201410015744及CN201410587283相比,本發(fā)明專利對不同種類的木粉都有較好的適 應(yīng)性,并且對其木粉容易膨脹堵頭的問題進(jìn)行了較大改善。
      [0004] 利用3D打印技術(shù)打印出來的木塑家具在儲存,運輸W及使用過程中,由于周圍環(huán) 境及空氣中濕度,有害顆粒及氣體等的影響,在其表面容易滋生細(xì)菌,富集污染物質(zhì)等,會 對人體健康造成不利影響,故和專利申請CN201310345147相比,增加了該木塑材料的自清 潔抗菌能力,目前,市面上流行的木塑3D打印產(chǎn)品及其原材料都還沒有抗菌防污自清潔功 能。運對利用該材料打印出來的家具產(chǎn)品有較大的環(huán)保提升。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0005] 本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足,提供一種具有木質(zhì)屬性的改 性聚乳酸復(fù)合3D打印材料。
      [0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供所述具有木質(zhì)屬性的改性聚乳酸復(fù)合3D打印材料的 制備方法。
      [0007] 本發(fā)明的再一目的在于提供所述具有木質(zhì)屬性的改性聚乳酸復(fù)合3D打印材料的 應(yīng)用。
      [0008] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種具有木質(zhì)屬性的改性聚乳酸復(fù)合3D打 印材料,包含如下按質(zhì)量份計的組分:聚乳酸原料70~90份、木質(zhì)粉末顆粒7.5~20.5份、1 ~3份硅烷偶聯(lián)劑、熱塑性彈性體1~5份、納米抗菌劑0.5~1.5份。
      [0009] 所述的木質(zhì)粉末顆粒為經(jīng)過堿處理的木質(zhì)粉末顆粒。
      [0010] 所述的堿處理的步驟如下:將木質(zhì)粉末顆粒浸泡于堿溶液中,期間不停攬拌,然后 去除堿溶液,用水洗涂至中性,干燥至恒重。
      [0011] 所述的堿溶液為濃度為質(zhì)量百分比10%的堿溶液。
      [0012] 所述的堿為氨氧化鋼或氨氧化鐘。
      [0013] 所述的木質(zhì)粉末顆粒和所述的堿溶液優(yōu)選為按質(zhì)量比1:15配比。
      [0014] 所述的浸泡的時間優(yōu)選為20~30h;更優(yōu)選為2地。
      [0015] 所述的水為蒸饋水。
      [0016] 所述的干燥的溫度優(yōu)選為100~105°C。
      [0017] 所述聚乳酸優(yōu)選為分子量為1萬~8萬的PLA;更優(yōu)選為分子量為7萬的PLA。
      [0018] 所述的木質(zhì)粉末顆粒為天然檀香木粉、紅木木粉、環(huán)保天然雜木纖維粉和天然按 樹粉中的一種或至少兩種。
      [0019] 所述的木質(zhì)粉末顆粒的粒徑優(yōu)選為200~1000目,更優(yōu)選為300~400目。
      [0020] 所述的硅烷偶聯(lián)劑為K冊50、Κ冊70和K冊90中的一種或至少兩種。
      [0021] 所述的熱塑性彈性體為SEBS(苯乙締一下二締一苯乙嵌共聚物(飽和))、SBS(熱塑 性聚苯乙締-聚下二締-聚苯乙締嵌段共聚物)和TPE(1,1,2,2-四苯乙締熱塑性彈性體)中 的一種或至少兩種。
      [0022] 所述的納米抗菌劑為納米二氧化鐵、納米銀和納米銅中的一種或至少兩種。
      [0023] 所述的木質(zhì)屬性的改性聚乳酸復(fù)合3的T印材料的制備方法,包括如下步驟:
      [0024] (1)用堿溶液對木質(zhì)粉末顆粒進(jìn)行堿處理;
      [0025] (2)將聚乳酸原料顆粒干燥至恒重;接著將干燥后的聚乳酸原料、硅烷偶聯(lián)劑、熱 塑性彈性體,納米抗菌劑與步驟(1)中得到的處理完畢的木粉混合均勻;
      [0026] (3)將步驟(2)混合均勻得到的物料投入到單螺桿塑料擠出機(jī)中,單螺桿塑料擠出 機(jī)的溫度設(shè)置為:機(jī)頭一區(qū)180-190°C、機(jī)筒一區(qū)190-200°C、機(jī)筒二區(qū)200-210°C、機(jī)筒Ξ區(qū) 200-210°C;從單螺桿塑料擠出機(jī)出來的烙融物進(jìn)行冷卻定型,得到成型絲狀塑料;
      [0027] (4)將成型絲狀塑料干燥、牽引、繞線,得到具有木質(zhì)屬性的改性聚乳酸復(fù)合3D打 印材料。
      [0028] 步驟(1)中所述的堿處理的步驟如下:將木質(zhì)粉末顆粒浸泡于堿溶液中,期間不停 攬拌,然后去除堿溶液,用水洗涂至中性,干燥至恒重。
      [0029] 所述的堿溶液為濃度為質(zhì)量百分比10%的堿溶液。
      [0030] 所述的堿為氨氧化鋼或氨氧化鐘。
      [0031 ]所述的木質(zhì)粉末顆粒和所述的堿溶液優(yōu)選為按質(zhì)量比1:15配比。
      [0032] 所述的浸泡的時間優(yōu)選為20~30h;更優(yōu)選為2地。
      [0033] 所述的水為蒸饋水。
      [0034] 所述的干燥的溫度優(yōu)選為100~105°C。
      [0035] 步驟(2)中所述的干燥的條件優(yōu)選為100~105°C干燥2~地。
      [0036] 步驟(2)中所述的混勻優(yōu)選為通過混料機(jī)混勻。
      [0037] 步驟(2)中所述的混勻的條件優(yōu)選為10化pm混合10~15min。
      [0038] 步驟(3)中所述的單螺桿塑料擠出機(jī)的溫度優(yōu)選設(shè)置為:機(jī)頭一區(qū)190°C、機(jī)筒一 區(qū)200°C、機(jī)筒二區(qū)204~207°C、機(jī)筒Ξ區(qū)200~202°C。
      [0039] 步驟(3)中所述的單螺桿塑料擠出機(jī)的主機(jī)轉(zhuǎn)速優(yōu)選為75~18化pm;更優(yōu)選為 ISOrpm。
      [0040] 步驟(3)中所述的冷卻定型優(yōu)選為使用冷卻定型臺W自來水進(jìn)行冷卻定型。
      [0041] 步驟(4)中所述的干燥優(yōu)選為通過風(fēng)干機(jī)吹干進(jìn)行干燥。
      [0042] 步驟(4)中所述的牽引的步驟如下:將干燥后的成型絲狀塑料經(jīng)過雙向激光測徑 儀送入牽引機(jī)進(jìn)行牽引。
      [0043] 步驟(4)中所述的繞線為通過力矩電機(jī)進(jìn)行繞線。
      [0044] 本發(fā)明制備的具有木質(zhì)屬性的改性聚乳酸復(fù)合3D打印材料,單絲的平均直徑約為 1.75mm~3mm;優(yōu)選為1.75mm或3mm,直徑誤差在± 5 % W內(nèi)。
      [0045] 所述的具有木質(zhì)屬性的改性聚乳酸復(fù)合3的T印材料用于通過打印制備家具。
      [0046] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果:
      [0047] (1)與現(xiàn)有專利申請CN201410015744及CN201410587283相比,本發(fā)明提供的具有 木質(zhì)屬性的改性聚乳酸復(fù)合3D打印材料在保持良好的初性和力學(xué)性質(zhì)外,還顯示出木頭的 質(zhì)感、成色和味道,同時改善了木粉原本容易膨脹堵頭的現(xiàn)象,并且擴(kuò)寬了木粉可選的種 類,因此可W用于打印一些仿木質(zhì)家具產(chǎn)品。
      [0048] (2)本發(fā)明中使用的堿處理步驟可W使制得的復(fù)合材料木粉顏色加深,且木粉表 面的雜質(zhì)被去除,使得材料強(qiáng)度略有提高,W及之后的硅烷偶聯(lián)劑的使用,可W使木粉變?yōu)?親油性顆粒,使木粉的在聚乳酸中的分布更為均勻分散,使打印效果大幅提升。
      [0049] (3)本發(fā)明中納米抗菌劑的使用,可W使制備出來的木塑材料具由一定的自清潔 抗菌能力,使之后通過3的T印技術(shù)制備的家具有較好的抗菌能力。
      [0050] (4)該制備方法可適用于天然檀香木粉、細(xì)甸梨花紅木、印度尼西亞酸枝,東非酸 枝、環(huán)保天然雜木纖維粉、天然按樹粉中等各種不同種類的木粉顆粒。
      【具體實施方式】
      [0051] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述,但本發(fā)明的實施方式不限于此。 [0化2]實施例1
      [0053] (1)配方用量(質(zhì)量份):聚乳酸化A(分子量7萬)70份、天然檀香木粉20.5份、硅烷 偶聯(lián)劑化冊70)3份、熱塑性彈性體(S邸S)5份,納米抗菌劑(納米二氧化鐵)1.5份。
      [0054] (2)制備過程:
      [0055] ①先把PLA投入干燥機(jī)中100°C烘烤3小時,使水分完全蒸發(fā);
      [0056] ②再將天然檀香木粉放入濃度為質(zhì)量百分比10%的氨氧化鋼溶液中進(jìn)行堿處理: 將木粉置于氨氧化鋼溶液(10 % )中浸泡,質(zhì)量比1:15,常溫下攬拌24小時,靜置倒去上層堿 液,加蒸饋水洗涂,用濾布過濾,重復(fù)多次至濾液呈中性,再干燥至恒重之后作為原料之一 備用;
      [0057]③將各原料按配方量投入混料機(jī)中,混料機(jī)設(shè)置10化pm運行10分鐘;將混合均勻 的物料投入到單螺桿塑料擠出機(jī)中,單螺桿塑料擠出機(jī)的溫度設(shè)置為:機(jī)頭一區(qū)190°C、機(jī) 筒一區(qū)200°C、機(jī)筒二區(qū)204°C、機(jī)筒Ξ區(qū)2〇rC;主機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為18化pm);從單螺桿塑料擠 出機(jī)出來的烙融物進(jìn)入冷卻定型臺W自來水冷卻;從冷卻定型臺出來后的成型絲狀塑料進(jìn) 入風(fēng)干機(jī)把水吹干;從風(fēng)干機(jī)出來后經(jīng)過雙向激光測徑儀然后送入牽引機(jī);最后塑料絲進(jìn) 入力矩電機(jī)繞線即得成品。
      [0化引實施例2
      [0059] (1)配方用量(質(zhì)量份):聚乳酸?1^\(分子量7萬)90份、環(huán)保天然雜木纖維粉7.5份 (約400目)、硅烷偶聯(lián)劑(K冊90)1份、熱塑性彈性體(SEBSH份,納米抗菌劑(納米二氧化鐵) 0.5 份。
      [0060] (2)制備過程:
      [0061] ①先把PLA投入干燥機(jī)中100°C烘烤3小時,使水分完全蒸發(fā);
      [0062] ②再將環(huán)保天然雜木纖維粉放入濃度為質(zhì)量百分比10%的氨氧化鋼溶液中進(jìn)行 堿處理:將木粉置于氨氧化鋼溶液(10%)中浸泡,質(zhì)量比1:15,常溫下攬拌24小時,靜置倒 去上層
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