一種木質(zhì)3d打印粉末的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及木質(zhì)材料改性領(lǐng)域，具體是一種木質(zhì)3D打印粉末的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)內(nèi)背景:我國(guó)工信部、發(fā)改委和財(cái)政部亦于2015年2月28日發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)〈國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃(2015-2016年)> 的通知》，表現(xiàn)出我國(guó)對(duì)該技術(shù)的重視。國(guó)際背景:3D打印技術(shù)近兩年來(lái)風(fēng)靡全球，是挑戰(zhàn)極限的新興技術(shù)，并號(hào)稱引起第三次工業(yè)革命O
[0003]東北林業(yè)大學(xué)郭艷玲課題組(張慧，郭艷玲et al.2014)在木塑復(fù)合材料快速原型制造方面研究卓有成效。西安科技大學(xué)楊來(lái)俠團(tuán)隊(duì)(孫國(guó)光2008，楊來(lái)俠，池雄飛etal.2009)結(jié)合色彩空間的連續(xù)過(guò)渡理論，這對(duì)本申請(qǐng)專利中的“半彩打印”提供了理論計(jì)算依據(jù)。國(guó)內(nèi)與木質(zhì)3D打印耗材相關(guān)的專利申請(qǐng)可查詢到2項(xiàng)，主要是木質(zhì)材料與聚烯烴塑料等材料混合(謝勁能，祝君2014，殷正福，晏偉，許向東2014)，與本專利思路截然不同。
[0004]目前大多數(shù)商業(yè)3D打印機(jī)系統(tǒng)是封閉的，3D打印耗材成為3D打印技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的人為瓶頸(Dudek 2013)?？傮w可以看出，耗材研發(fā)意義大于設(shè)備，已成為各國(guó)3D打印競(jìng)爭(zhēng)的核心技術(shù)，耗材決定了成型方式、應(yīng)用范圍，決定了 3D打印的水平。
[0005]國(guó)際范圍內(nèi)3D打印競(jìng)爭(zhēng)的核心為耗材的研發(fā)，耗材成為3D打印技術(shù)發(fā)展的瓶頸。就目前而言，常用粉末堆積成型的主要為石膏粉，木粉不能夠直接應(yīng)用。
[0006]木粉不能直接3D打印，原因是未改性的木粉粒度不均勻、形狀易團(tuán)聚、流動(dòng)性差。研磨過(guò)后，原級(jí)、聚集體、凝聚體和絮凝顆粒型四大類型的顆粒均存在，造成明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，在3D打印過(guò)程中是不能自由落下。
[0007]熱處理改性可以使木粉:粒度均勻、形狀分散、流動(dòng)性好;但存在缺點(diǎn):潤(rùn)濕性變差、施膠飽和度降低、密度降低、顏色變深。毛白楊木材經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚砗?，親水官能團(tuán)吸光度下降(高偉，李鎮(zhèn)et al.2014)。馬尾松木材隨著熱處理溫度的升高和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，木材紅外吸收光譜中羥基吸收峰的強(qiáng)度明顯降低(李賢軍，劉元et al.2009)。范敏等(范敏，倪歐琪et al.2014)紅木熱處理后的吸水率降低。這說(shuō)明高溫?zé)崽幚砗?，木粉的?rùn)濕性能下降，這對(duì)鋪層粉，無(wú)色膠水和帶有顏色的膠水實(shí)現(xiàn)層間粘結(jié)是非常不利的。唐榮強(qiáng)等(唐榮強(qiáng)，鮑濱福et al.2011)研究結(jié)果表明，杉木經(jīng)熱處理后顏色加深。
[0008]可以看出，高溫?zé)崽幚淼呢?fù)面影響是不容忽視的。
[0009]目前國(guó)內(nèi)外研究存在的問(wèn)題:
[0010]首先是未針對(duì)木粉作為3D打印耗材系統(tǒng)研究，木塑復(fù)合材料作為耗材時(shí)會(huì)涉及木粉，但含量較低；
[0011 ]其次是少有文獻(xiàn)針對(duì)3D彩色打印粉末進(jìn)行研究；
[0012]然后是3D打印粉末改性復(fù)雜，同時(shí)使多種化學(xué)試劑，對(duì)不同性質(zhì)進(jìn)行改性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種木質(zhì)3D打印粉末的制備方法，通過(guò)將原始木粉顆粒經(jīng)改性后可用于3D打印技術(shù)。
[0014]本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題:
[0015]本發(fā)明一種木質(zhì)3D打印粉末的制備方法，包括如下操作步驟:
[0016](I)將20?400μπι的原始木粉顆粒，在165°C?235°C高溫下熱處理改性I?5小時(shí)；
[0017](2)再加入疏水型二氧化硅包埋改性熱處理后的木粉，疏水型二氧化硅的加入量為熱處理后木粉重量的0.1%?50%，疏水型二氧化硅的比表面積在0.1mVg?120(WVg。
[0018]所述原始木粉顆粒為木本植物、草本植物、竹材、藤材中的一種或多種顆粒。
[0019]優(yōu)選地，疏水型二氧化硅的加入量為熱處理后木粉重量的1.5%?10.5%，
[0020]優(yōu)選地，步驟(I)的熱處理溫度為175°C?195°C:
[0021 ] 優(yōu)選地，疏水型二氧化硅的比表面積在80m2/g?600m2/g。
[0022]本發(fā)明對(duì)原始木粉顆粒的理解是指木材經(jīng)粉碎后的顆粒，包括不同的形態(tài)、不同尺寸，并且木粉原材料包括木材的木質(zhì)部、韌皮部、樹皮的一種或多種。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
[0024]1.將木粉經(jīng)高溫?zé)崽幚砗陀H水型氣相疏水型二氧化硅包埋，木質(zhì)成份在50%以上，最高可達(dá)99.9%，具有高度的環(huán)境友好性，可以較好的適應(yīng)3D打印堆積成型的需求，拓寬了 3D打印耗材的范疇，賦予了木質(zhì)材料新的應(yīng)用領(lǐng)域；
[0025]2.木粉經(jīng)蒸汽高溫?zé)崽幚砗蟀穸趸?，可以使?jié)櫇裥宰儍?yōu)、提高施膠飽和度，增加密度、顏色變淺，彌補(bǔ)了熱處理的缺陷，同時(shí)又提高了木粉流動(dòng)性；
[0026]3.將木粉顆粒進(jìn)行二氧化硅包埋改性是對(duì)表面分散性能、顏色、密度改良的重要過(guò)程，以改良木粉3D打印的適用性。
[0027]4.改性工藝簡(jiǎn)單，易于質(zhì)量控制和產(chǎn)品推廣。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0029]實(shí)施例1:
[0030]使用植物粉碎機(jī)將木材粉碎，研磨后使用篩網(wǎng)將顆粒分選顆粒直徑約20μπι，在高溫水蒸氣的保護(hù)下，于180°C熱處理2h，取其中100g，使用微粒發(fā)生器，包埋疏水型二氧化硅顆粒10g，其比表面積為700m2/g。
[0031 ]將上述材料混勻混合后，按照鋪裝堆積成型的原理，能夠?qū)崿F(xiàn)3D打印。
[0032]實(shí)施例2:
[0033]使用植物粉碎機(jī)將竹材粉碎，研磨后使用篩網(wǎng)將顆粒分選顆粒直徑約80μπι;在高溫水蒸氣的保護(hù)下，于195°C熱處理3h，取其中100g，使用微粒發(fā)生器，包埋疏水型二氧化硅顆粒0.1g,其比表面積為1000m2/g。
[0034]將上述材料混勻混合后，按照鋪裝堆積成型的原理，能夠?qū)崿F(xiàn)3D打印。
[0035]實(shí)施例3:
[0036]使用植物粉碎機(jī)將藤材粉碎，研磨后使用篩網(wǎng)將顆粒分選顆粒直徑約160μπι;在高溫水蒸氣的保護(hù)下，于210°C熱處理2h，取其中100g，使用微粒發(fā)生器，包埋疏水型二氧化硅顆粒30g，其比表面積為1200m2/g。
[0037]將上述材料混勻混合后，按照鋪裝堆積成型的原理，能夠?qū)崿F(xiàn)3D打印。
[0038]實(shí)施例4:
[0039]使用植物粉碎機(jī)將水稻秸桿粉碎，研磨后使用篩網(wǎng)將顆粒分選顆粒直徑約240μπι;在高溫水蒸氣的保護(hù)下，于225°C熱處理3h，取其中100g，使用微粒發(fā)生器，包埋疏水型二氧化硅顆粒20g，其比表面積為400m2/g。
[0040]將上述材料混勻混合后，按照鋪裝堆積成型的原理，能夠?qū)崿F(xiàn)3D打印。
[0041 ] 實(shí)施例5:
[0042]使用植物粉碎機(jī)將木材粉碎，研磨后使用篩網(wǎng)將顆粒分選顆粒直徑約320μπι;在高溫水蒸氣的保護(hù)下，于235°C熱處理lh，取其中100g，使用微粒發(fā)生器，包埋疏水型二氧化硅顆粒40g,其比表面積為100m2/g。
[0043]將上述材料混勻混合后，按照鋪裝堆積成型的原理，能夠?qū)崿F(xiàn)3D打印。
[0044]實(shí)施例6:
[0045]使用植物粉碎機(jī)將木材粉碎，研磨后使用篩網(wǎng)將顆粒分選顆粒直徑約400μπι;在高溫水蒸氣的保護(hù)下，于165°C熱處理5h，取其中100g，使用微粒發(fā)生器，包埋疏水型二氧化硅顆粒50g，其比表面積為0.1mVgo
[0046]將上述材料混勻混合后，按照鋪裝堆積成型的原理，能夠?qū)崿F(xiàn)3D打印。
[0047]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種木質(zhì)3D打印粉末的制備方法，其特征在于，該方法包括如下操作步驟: (1)將20?400μπι的原始木粉顆粒，在165°C?235 °C高溫下熱處理改性I?5小時(shí)； (2)再加入疏水型二氧化硅包埋改性熱處理后的木粉，疏水型二氧化硅的加入量為熱處理后木粉重量的0.1%?50%，疏水型二氧化硅的比表面積在0.1mVg?1200m2/g。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述木質(zhì)3D打印粉末的制備方法，其特征在于:所述原始木粉顆粒為木本植物、草本植物、竹材、藤材中的一種或多種顆粒。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種木質(zhì)3D打印粉末的制備方法，該方法包括如下操作步驟：(1)將20～400μm的原始木粉顆粒，在165℃～235℃高溫下熱處理改性1～5小時(shí)；(2)再加入疏水型二氧化硅包埋改性熱處理后的木粉,疏水型二氧化硅的加入量為熱處理后木粉重量的0.1％～50％，疏水型二氧化硅的比表面積在0.1m2/g～1200m2/g。本發(fā)明將原始木粉顆粒經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚砀男浴⑹杷投趸璋窀男?，可以較好的適應(yīng)3D打印堆積成型的需求。使用木質(zhì)粉末打印成型的3D產(chǎn)品木質(zhì)部分含量高，發(fā)揮了木材環(huán)境友好性特征；拓寬了3D打印耗材的范疇，賦予了木質(zhì)材料新的應(yīng)用領(lǐng)域；同時(shí)，改性工藝簡(jiǎn)單，易于質(zhì)量控制和產(chǎn)品推廣。
【IPC分類】C08L97/02, C08J3/12, C08J3/20, C08K3/36, B33Y70/00
【公開號(hào)】CN105623290
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511027664
【發(fā)明人】高偉, 覃卓凱, 張嘉盛, 楊玉田, 羅建舉, 何拓
【申請(qǐng)人】廣西大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日