一種3d打印機(jī)用改性pla材料的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，包括如下步驟，將聚乳酸顆粒高溫熔融，加入交聯(lián)劑進(jìn)行混合，接枝；攪拌均勻后冷卻至30℃～55℃，放入擠出機(jī)，加熱，擠出制備接枝交聯(lián)劑的聚乳酸顆粒；粉碎，制備接枝交聯(lián)劑的聚乳酸粉末；將接枝交聯(lián)劑的聚乳酸粉末、增韌劑、納米氧化物、木質(zhì)素、聚丙烯酸酯、填充劑和偶聯(lián)劑加熱、混合，高速攪拌；冷卻至45℃～55℃，放置在擠出機(jī)中，加熱，擠出制備得到目標(biāo)產(chǎn)物。兩步法制備技術(shù)克服了由于小分子交聯(lián)劑直接添加造成的偏移，效果較差的缺陷。
【專利說(shuō)明】一種3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種3D打印機(jī)用材料的制備方法，尤其涉及一種3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝。

【背景技術(shù)】
[0003]3D打印，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工(AEC)、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。
[0004]FDM即熱熔堆積固化成型法，作為3D打印技術(shù)常用的方法之一，主要利用熱塑性材料受到擠壓成為半熔融狀態(tài)的細(xì)絲，由沉積在層層堆?；A(chǔ)上的方式，從CAD資料直接建構(gòu)原型。該技術(shù)通常應(yīng)用于塑型，裝配，功能性測(cè)試以及概念設(shè)計(jì)，此外，F(xiàn)DM技術(shù)可以應(yīng)用于打樣與快速制造。
[0005]PLA (聚乳酸)是FDM技術(shù)常用的一種材料，聚乳酸(H-[0CHCH3C0]n-0H)有好的抗溶劑性,可用多種方式進(jìn)行加工,如擠壓、紡絲、雙軸拉伸,注射吹塑。
[0006]PLA雖然具有上述的諸多優(yōu)點(diǎn)，但是由于材料本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，仍然具有本身強(qiáng)度不夠高、耐熱性差、韌性較差等缺陷。為了充分利用PLA的優(yōu)點(diǎn)，需要對(duì)材料制備工藝進(jìn)行改進(jìn)，提高材料的韌性和強(qiáng)度。
[0007]有鑒于上述現(xiàn)有的PLA材料制備工藝存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過(guò)不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本發(fā)明。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的PLA材料制備工藝存在的缺陷，而提供一種新型3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，提高材料的韌性、強(qiáng)度，從而更加適于實(shí)用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。
[0009]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，該工藝包括如下步驟，
1)將聚乳酸顆粒高溫熔融，加入交聯(lián)劑進(jìn)行混合，接枝；
2)攪拌均勻后冷卻至30°C?55°C，放入擠出機(jī)，加熱，擠出制備接枝交聯(lián)劑的聚乳酸顆粒; 3)粉碎，制備接枝交聯(lián)劑的聚乳酸粉末；
4)將接枝交聯(lián)劑的聚乳酸粉末、增韌劑、納米氧化物、木質(zhì)素、聚丙烯酸酯、填充劑和偶聯(lián)劑加熱、混合，高速攪拌；
5 )冷卻至45 V?55 °C，放置在擠出機(jī)中，加熱，擠出制備得到目標(biāo)產(chǎn)物。
[0010]更進(jìn)一步的，前述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，所述步驟2)中在擠出機(jī)中的加熱溫度為150°C ?260°C。
[0011]更進(jìn)一步的，前述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，所述步驟5)中在擠出機(jī)中的加熱溫度為180°C?280°C。
[0012]更進(jìn)一步的，前述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下，
聚乳酸3(Γ88 ；
增韌劑2?25 ；
納米氧化物 0.5^18 ；
木質(zhì)素5?30 ；
聚丙烯酸酯 Γ35 ；
交聯(lián)劑f 12 ；
填充劑2?20 ；
偶聯(lián)劑廣10。
更進(jìn)一步的，前述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，所述增韌劑為C4I18脂肪酸聚氧乙撐酯、C4I18脂肪酸聚氧乙撐雙酯或者C12I18脂肪酸酰胺聚氧乙撐醚。
[0013]更進(jìn)一步的，前述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，所述增韌劑為蓖麻油酸聚氧乙撐酯、油酸聚氧乙撐酯、月桂酸聚氧乙撐酯、二月桂酸聚氧乙撐雙酯、蓖麻油酸酰胺聚氧乙撐醚和油酸酰胺聚氧乙撐醚。
[0014]更進(jìn)一步的，前述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，所述納米氧化物為納米二氧化鈦、納米氧化鋅或納米氧化鎳。
[0015]更進(jìn)一步的，前述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，所述聚丙烯酸酯為聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯或者聚丙烯酸丁酯。
[0016]更進(jìn)一步的，前述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，所述交聯(lián)劑為均苯三甲酸或者乙酰乙酸甲酯。
[0017]更進(jìn)一步的，前述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，所述填充劑為丙烯晴單體。
[0018]更進(jìn)一步的，前述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，所述偶聯(lián)劑為C12?C18的脂肪酸聚氧乙撐酯、脂肪醇聚氧乙撐醚或者烷基酚聚氧乙撐醚。
[0019]更進(jìn)一步的，前述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，所述偶聯(lián)劑為蓖麻油酸聚氧乙撐_x酯、油酸聚氧乙撐-χ酯、月桂酸聚氧乙撐_x酯、壬基酚聚氧乙撐X醚，X=3飛。
[0020]更進(jìn)一步的，前述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，所述偶聯(lián)劑為蓖麻油酸聚氧乙撐_x酯、油酸聚氧乙撐-x酯、月桂酸聚氧乙撐_x酯、壬基酚聚氧乙撐_X醚，x=10?15。
[0021]借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝至少具有下列優(yōu)占-
^ \\\.本發(fā)明制備改性PLA材料的制備工藝采用兩步法制備改性PLA材料，首先，將聚乳酸與交聯(lián)劑接枝，使得聚乳酸材料兼具聚乳酸的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合了交聯(lián)劑材料的高溫穩(wěn)定性；再通過(guò)共混技術(shù)，添加偶聯(lián)劑、填充劑、木質(zhì)素、增韌劑、聚丙烯酸酯、納米氧化物等改性劑，填充劑分散在聚乳酸材料的高分子結(jié)構(gòu)內(nèi)，可以提高材料的強(qiáng)度，添加偶聯(lián)劑的作用可以有效的提聞填充劑的分散性，進(jìn)一步提聞材料強(qiáng)度；納米氧化物為細(xì)小的顆粒，納米粒子具有很強(qiáng)的剛性，分子結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂紋在擴(kuò)展時(shí)遇到納米粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，吸收能量而達(dá)到增韌目的，另外，納米粒子與樹(shù)脂具有良好的相容性，使基體對(duì)沖擊能量的分散能力和吸收能力提高，導(dǎo)致韌性效果增大，采用納米二氧化鈦是的材料具有良好的吸收紫外線的效果。兩步法制備技術(shù)克服了由于小分子交聯(lián)劑直接添加造成的偏移，效果較差的缺陷。
[0022]上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如后。

【具體實(shí)施方式】
[0023]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝其【具體實(shí)施方式】、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。
[0024]實(shí)施例1
稱取各組分，以質(zhì)量百分含量計(jì)，市售的聚乳酸60份，本發(fā)明對(duì)聚乳酸的性質(zhì)沒(méi)有限制，增韌劑月桂酸聚氧乙撐酯12份，納米二氧化鈦5份，木質(zhì)素6份，聚丙烯酸丁酯7份，交聯(lián)劑1，3，5-苯三甲酸5份，填充劑丙烯晴3份，偶聯(lián)劑壬基酚聚氧乙撐_4醚2份。
[0025]制備時(shí)，將聚乳酸顆粒在160°C左右高溫熔融，加入稱取的交聯(lián)劑進(jìn)行混合，高速攪拌15min左右，進(jìn)行接枝反應(yīng)；攪拌均勻后冷卻至45°C，放入擠出機(jī)中，并加熱到180°C，擠出得到接枝交聯(lián)劑的聚乳酸塑料，冷卻后剪切得到顆粒；將制備的顆粒粉碎，過(guò)150目篩，得到接枝交聯(lián)劑的聚乳酸粉末；將接枝交聯(lián)劑的聚乳酸粉末、增韌劑、納米氧化物、木質(zhì)素、聚丙烯酸酯、填充劑和偶聯(lián)劑加熱到200°C，混合、高速攪拌均勻；冷卻至45°C，放置在擠出機(jī)中，加熱到180°C，擠出得到改性的聚乳酸塑料，冷卻后剪切得到目標(biāo)產(chǎn)物顆粒。經(jīng)檢測(cè)，材料的缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)到46.5MJ/m2.實(shí)施例2
稱取各組分，以質(zhì)量百分含量計(jì)，市售的聚乳酸54份，本發(fā)明對(duì)聚乳酸的性質(zhì)沒(méi)有限制，增韌劑二月桂酸聚氧乙撐雙酯14份，納米氧化鋅6份，木質(zhì)素7份，聚丙烯酸乙酯10份，交聯(lián)劑乙酰乙酸甲酯2份，填充劑丙烯晴3份，偶聯(lián)劑月桂酸聚氧乙撐_12酯4份。
[0026]制備時(shí)，將聚乳酸顆粒在165°C左右高溫熔融，加入稱取的交聯(lián)劑進(jìn)行混合，高速攪拌20min左右，進(jìn)行接枝反應(yīng)；攪拌均勻后冷卻至35°C，放入擠出機(jī)中，并加熱到190°C，擠出得到接枝交聯(lián)劑的聚乳酸塑料，冷卻后剪切得到顆粒；將制備的顆粒粉碎，過(guò)150目篩，得到接枝交聯(lián)劑的聚乳酸粉末；將接枝交聯(lián)劑的聚乳酸粉末、增韌劑、納米氧化物、木質(zhì)素、聚丙烯酸酯、填充劑和偶聯(lián)劑加熱到220°C，混合、高速攪拌均勻；冷卻至50°C，放置在擠出機(jī)中，加熱到200°C，擠出得到改性的聚乳酸塑料，冷卻后剪切得到目標(biāo)產(chǎn)物顆粒。經(jīng)檢測(cè)，材料的缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)到38.2MJ/m2.實(shí)施例3
稱取各組分，以質(zhì)量百分含量計(jì)，市售的聚乳酸63份，本發(fā)明對(duì)聚乳酸的性質(zhì)沒(méi)有限制，增韌劑油酸酰胺聚氧乙撐醚18份，納米氧化鎳4份，木質(zhì)素5份，聚丙烯酸甲酯4份，交聯(lián)劑乙酰乙酸甲酯I份，填充劑丙烯晴2份，偶聯(lián)劑蓖麻油酸聚氧乙撐_5酯3份。
[0027]制備時(shí)，將聚乳酸顆粒在160°C左右高溫熔融，加入稱取的交聯(lián)劑進(jìn)行混合，高速攪拌18min左右，進(jìn)行接枝反應(yīng)；攪拌均勻后冷卻至40°C，放入擠出機(jī)中，并加熱到230°C，擠出得到接枝交聯(lián)劑的聚乳酸塑料，冷卻后剪切得到顆粒；將制備的顆粒粉碎，過(guò)150目篩，得到接枝交聯(lián)劑的聚乳酸粉末；將接枝交聯(lián)劑的聚乳酸粉末、增韌劑、納米氧化物、木質(zhì)素、聚丙烯酸酯、填充劑和偶聯(lián)劑加熱到200°C，混合、高速攪拌均勻；冷卻至55°C，放置在擠出機(jī)中，加熱到190°C，擠出得到改性的聚乳酸塑料，冷卻后剪切得到目標(biāo)產(chǎn)物顆粒。經(jīng)檢測(cè)，材料的缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)到42.4MJ/m2.通過(guò)上述的工藝改進(jìn)與性能檢測(cè)，可以證明材料的強(qiáng)度和韌性得到了較大的提高。
[0028]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，其特征在于:該工藝包括如下步驟， 1)將聚乳酸顆粒高溫熔融，加入交聯(lián)劑進(jìn)行混合，接枝； 2)攪拌均勻后冷卻至30°C?55°C，放入擠出機(jī)，加熱，擠出制備接枝交聯(lián)劑的聚乳酸顆粒; 3)粉碎，制備接枝交聯(lián)劑的聚乳酸粉末； 4)將接枝交聯(lián)劑的聚乳酸粉末、增韌劑、納米氧化物、木質(zhì)素、聚丙烯酸酯、填充劑和偶聯(lián)劑加熱、混合，高速攪拌； 5 )冷卻至45 V?55 °C，放置在擠出機(jī)中，加熱，擠出制備得到目標(biāo)產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，其特征在于:所述步驟2)中在擠出機(jī)中的加熱溫度為150°C?260°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，其特征在于:所述步驟5)中在擠出機(jī)中的加熱溫度為180°C?280°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，其特征在于:各組分的質(zhì)量百分比如下， 聚乳酸3(Γ88 ； 增韌劑2?25 ； 納米氧化物 0.5^18 ； 木質(zhì)素5?30 ； 聚丙烯酸酯 Γ35 ； 交聯(lián)劑f 12 ； 填充劑2?20 ； 偶聯(lián)劑廣10。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，其特征在于:所述增韌劑為C4I18脂肪酸聚氧乙撐酯、C4I18脂肪酸聚氧乙撐雙酯或者C12I18脂肪酸酰胺聚氧乙撐醚。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，其特征在于:所述納米氧化物為納米二氧化鈦、納米氧化鋅或納米氧化鎳。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，其特征在于:所述交聯(lián)劑為均苯三甲酸或者乙酰乙酸甲酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，其特征在于:所述偶聯(lián)劑為C12I18的脂肪酸聚氧乙撐酯、脂肪醇聚氧乙撐醚或者烷基酚聚氧乙撐醚。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，其特征在于:所述偶聯(lián)劑為蓖麻油酸聚氧乙撐-X酯、油酸聚氧乙撐_1酯、月桂酸聚氧乙撐_x酯、壬基酚聚氧乙撐X醚，x=3?5。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D打印機(jī)用改性PLA材料的制備工藝，其特征在于:所述偶聯(lián)劑為蓖麻油酸聚氧乙撐-X酯、油酸聚氧乙撐-X酯、月桂酸聚氧乙撐-X酯、壬基酚聚氧乙撐-X醚，X=1?15。
【文檔編號(hào)】C08L97/00GK104356619SQ201410639586
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】黃旭輝, 趙厚華, 顧建軍 申請(qǐng)人:常州漢邦工程塑料有限公司