一種3d印表機用改性pla材料的製備工藝的製作方法
2023-07-26 00:51:56
一種3d印表機用改性pla材料的製備工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，包括如下步驟，將聚乳酸顆粒高溫熔融，加入交聯劑進行混合，接枝；攪拌均勻後冷卻至30℃～55℃，放入擠出機，加熱，擠出製備接枝交聯劑的聚乳酸顆粒；粉碎，製備接枝交聯劑的聚乳酸粉末；將接枝交聯劑的聚乳酸粉末、增韌劑、納米氧化物、木質素、聚丙烯酸酯、填充劑和偶聯劑加熱、混合，高速攪拌；冷卻至45℃～55℃，放置在擠出機中，加熱，擠出製備得到目標產物。兩步法製備技術克服了由於小分子交聯劑直接添加造成的偏移，效果較差的缺陷。
【專利說明】一種3D印表機用改性PLA材料的製備工藝
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種3D印表機用材料的製備方法，尤其涉及一種3D印表機用改性PLA材料的製備工藝。
【背景技術】
[0003]3D列印，即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層列印的方式來構造物體的技術。3D列印通常是採用數位技術材料印表機來實現的。常在模具製造、工業設計等領域被用於製造模型，後逐漸用於一些產品的直接製造，已經有使用這種技術列印而成的零部件。該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建築、工程和施工(AEC)、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍枝以及其他領域都有所應用。
[0004]FDM即熱熔堆積固化成型法，作為3D列印技術常用的方法之一，主要利用熱塑性材料受到擠壓成為半熔融狀態的細絲，由沉積在層層堆棧基礎上的方式，從CAD資料直接建構原型。該技術通常應用於塑型，裝配，功能性測試以及概念設計，此外，FDM技術可以應用於打樣與快速製造。
[0005]PLA (聚乳酸)是FDM技術常用的一種材料，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點，但是由於材料本身結構的特點，仍然具有本身強度不夠高、耐熱性差、韌性較差等缺陷。為了充分利用PLA的優點，需要對材料製備工藝進行改進，提高材料的韌性和強度。
[0007]有鑑於上述現有的PLA材料製備工藝存在的缺陷，本發明人基於從事此類產品設計製造多年豐富的實務經驗及專業知識，並配合學理的運用，積極加以研究創新，以期創設一種3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，使其更具有實用性。經過不斷的研究、設計，並經反覆試作樣品及改進後，終於創設出確具實用價值的本發明。
【發明內容】
[0008]本發明的主要目的在於，克服現有的PLA材料製備工藝存在的缺陷，而提供一種新型3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，提高材料的韌性、強度，從而更加適於實用，且具有產業上的利用價值。
[0009]本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，該工藝包括如下步驟，
1)將聚乳酸顆粒高溫熔融，加入交聯劑進行混合，接枝；
2)攪拌均勻後冷卻至30°C?55°C，放入擠出機，加熱，擠出製備接枝交聯劑的聚乳酸顆粒; 3)粉碎，製備接枝交聯劑的聚乳酸粉末；
4)將接枝交聯劑的聚乳酸粉末、增韌劑、納米氧化物、木質素、聚丙烯酸酯、填充劑和偶聯劑加熱、混合，高速攪拌；
5 )冷卻至45 V?55 °C，放置在擠出機中，加熱，擠出製備得到目標產物。
[0010]更進一步的，前述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，所述步驟2)中在擠出機中的加熱溫度為150°C ?260°C。
[0011]更進一步的，前述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，所述步驟5)中在擠出機中的加熱溫度為180°C?280°C。
[0012]更進一步的，前述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，各組分的質量分數如下，
聚乳酸3(Γ88 ；
增韌劑2?25 ；
納米氧化物 0.5^18 ；
木質素5?30 ；
聚丙烯酸酯 Γ35 ；
交聯劑f 12 ；
填充劑2?20 ；
偶聯劑廣10。
更進一步的，前述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，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脂肪酸醯胺聚氧乙撐醚。
[0013]更進一步的，前述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，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、蓖麻油酸醯胺聚氧乙撐醚和油酸醯胺聚氧乙撐醚。
[0014]更進一步的，前述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，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]更進一步的，前述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，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]更進一步的，前述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，所述交聯劑為均苯三甲酸或者乙醯乙酸甲酯。
[0017]更進一步的，前述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，所述填充劑為丙烯晴單體。
[0018]更進一步的，前述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，所述偶聯劑為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]更進一步的，前述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，所述偶聯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]更進一步的，前述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，所述偶聯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]藉由上述技術方案，本發明3D印表機用改性PLA材料的製備工藝至少具有下列優佔-
^ \\\.本發明製備改性PLA材料的製備工藝採用兩步法製備改性PLA材料，首先，將聚乳酸與交聯劑接枝，使得聚乳酸材料兼具聚乳酸的優點，同時結合了交聯劑材料的高溫穩定性；再通過共混技術，添加偶聯劑、填充劑、木質素、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構內，可以提高材料的強度，添加偶聯劑的作用可以有效的提聞填充劑的分散性，進一步提聞材料強度；納米氧化物為細小的顆粒，納米粒子具有很強的剛性，分子結構內的裂紋在擴展時遇到納米粒子發生偏轉，吸收能量而達到增韌目的，另外，納米粒子與樹脂具有良好的相容性，使基體對衝擊能量的分散能力和吸收能力提高，導致韌性效果增大，採用納米二氧化鈦是的材料具有良好的吸收紫外線的效果。兩步法製備技術克服了由於小分子交聯劑直接添加造成的偏移，效果較差的缺陷。
[0022]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例詳細說明如後。
【具體實施方式】
[0023]為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，對依據本發明提出的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝其【具體實施方式】、特徵及其功效，詳細說明如後。
[0024]實施例1
稱取各組分，以質量百分含量計，市售的聚乳酸60份，本發明對聚乳酸的性質沒有限制，增韌劑月桂酸聚氧乙撐酯12份，納米二氧化鈦5份，木質素6份，聚丙烯酸丁酯7份，交聯劑1，3，5-苯三甲酸5份，填充劑丙烯晴3份，偶聯劑壬基酚聚氧乙撐_4醚2份。
[0025]製備時，將聚乳酸顆粒在160°C左右高溫熔融，加入稱取的交聯劑進行混合，高速攪拌15min左右，進行接枝反應；攪拌均勻後冷卻至45°C，放入擠出機中，並加熱到180°C，擠出得到接枝交聯劑的聚乳酸塑料，冷卻後剪切得到顆粒；將製備的顆粒粉碎，過150目篩，得到接枝交聯劑的聚乳酸粉末；將接枝交聯劑的聚乳酸粉末、增韌劑、納米氧化物、木質素、聚丙烯酸酯、填充劑和偶聯劑加熱到200°C，混合、高速攪拌均勻；冷卻至45°C，放置在擠出機中，加熱到180°C，擠出得到改性的聚乳酸塑料，冷卻後剪切得到目標產物顆粒。經檢測，材料的缺口衝擊強度達到46.5MJ/m2.實施例2
稱取各組分，以質量百分含量計，市售的聚乳酸54份，本發明對聚乳酸的性質沒有限制，增韌劑二月桂酸聚氧乙撐雙酯14份，納米氧化鋅6份，木質素7份，聚丙烯酸乙酯10份，交聯劑乙醯乙酸甲酯2份，填充劑丙烯晴3份，偶聯劑月桂酸聚氧乙撐_12酯4份。
[0026]製備時，將聚乳酸顆粒在165°C左右高溫熔融，加入稱取的交聯劑進行混合，高速攪拌20min左右，進行接枝反應；攪拌均勻後冷卻至35°C，放入擠出機中，並加熱到190°C，擠出得到接枝交聯劑的聚乳酸塑料，冷卻後剪切得到顆粒；將製備的顆粒粉碎，過150目篩，得到接枝交聯劑的聚乳酸粉末；將接枝交聯劑的聚乳酸粉末、增韌劑、納米氧化物、木質素、聚丙烯酸酯、填充劑和偶聯劑加熱到220°C，混合、高速攪拌均勻；冷卻至50°C，放置在擠出機中，加熱到200°C，擠出得到改性的聚乳酸塑料，冷卻後剪切得到目標產物顆粒。經檢測，材料的缺口衝擊強度達到38.2MJ/m2.實施例3
稱取各組分，以質量百分含量計，市售的聚乳酸63份，本發明對聚乳酸的性質沒有限制，增韌劑油酸醯胺聚氧乙撐醚18份，納米氧化鎳4份，木質素5份，聚丙烯酸甲酯4份，交聯劑乙醯乙酸甲酯I份，填充劑丙烯晴2份，偶聯劑蓖麻油酸聚氧乙撐_5酯3份。
[0027]製備時，將聚乳酸顆粒在160°C左右高溫熔融，加入稱取的交聯劑進行混合，高速攪拌18min左右，進行接枝反應；攪拌均勻後冷卻至40°C，放入擠出機中，並加熱到230°C，擠出得到接枝交聯劑的聚乳酸塑料，冷卻後剪切得到顆粒；將製備的顆粒粉碎，過150目篩，得到接枝交聯劑的聚乳酸粉末；將接枝交聯劑的聚乳酸粉末、增韌劑、納米氧化物、木質素、聚丙烯酸酯、填充劑和偶聯劑加熱到200°C，混合、高速攪拌均勻；冷卻至55°C，放置在擠出機中，加熱到190°C，擠出得到改性的聚乳酸塑料，冷卻後剪切得到目標產物顆粒。經檢測，材料的缺口衝擊強度達到42.4MJ/m2.通過上述的工藝改進與性能檢測，可以證明材料的強度和韌性得到了較大的提高。
[0028]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.一種3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，其特徵在於:該工藝包括如下步驟， 1)將聚乳酸顆粒高溫熔融，加入交聯劑進行混合，接枝； 2)攪拌均勻後冷卻至30°C?55°C，放入擠出機，加熱，擠出製備接枝交聯劑的聚乳酸顆粒; 3)粉碎，製備接枝交聯劑的聚乳酸粉末； 4)將接枝交聯劑的聚乳酸粉末、增韌劑、納米氧化物、木質素、聚丙烯酸酯、填充劑和偶聯劑加熱、混合，高速攪拌； 5 )冷卻至45 V?55 °C，放置在擠出機中，加熱，擠出製備得到目標產物。
2.根據權利要求1所述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，其特徵在於:所述步驟2)中在擠出機中的加熱溫度為150°C?260°C。
3.根據權利要求1所述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，其特徵在於:所述步驟5)中在擠出機中的加熱溫度為180°C?280°C。
4.根據權利要求1所述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，其特徵在於:各組分的質量百分比如下， 聚乳酸3(Γ88 ； 增韌劑2?25 ； 納米氧化物 0.5^18 ； 木質素5?30 ； 聚丙烯酸酯 Γ35 ； 交聯劑f 12 ； 填充劑2?20 ； 偶聯劑廣10。
5.根據權利要求4所述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，其特徵在於: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脂肪酸醯胺聚氧乙撐醚。
6.根據權利要求4所述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，其特徵在於: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.根據權利要求4所述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，其特徵在於:所述交聯劑為均苯三甲酸或者乙醯乙酸甲酯。
8.根據權利要求4所述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，其特徵在於:所述偶聯劑為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.根據權利要求4所述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，其特徵在於:所述偶聯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.根據權利要求4所述的3D印表機用改性PLA材料的製備工藝，其特徵在於:所述偶聯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】C08L97/00GK104356619SQ201410639586
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】黃旭輝, 趙厚華, 顧建軍 申請人:常州漢邦工程塑料有限公司