3d列印用聚乳酸複合材料及其製備方法
2023-07-20 11:54:31 1
3d列印用聚乳酸複合材料及其製備方法
【專利摘要】本發明提供了一種3D列印用聚乳酸複合材料及其製備方法。該複合材料的製備方法為將N-乙烯基吡咯烷酮溶於2-丁酮中，加入過氧化苯甲醯，再依次加入對甲基苯磺酸、α-氰基丙烯酸乙酯，然後加入聚乳酸顆粒，加熱攪拌，冷卻至室溫即可。其中聚乳酸的含量為40~50%，α-氰基丙烯酸乙酯含量為10~20%，N-乙烯基吡咯烷酮含量為10~20%，2-丁酮含量為20~30%，過氧化苯甲醯含量為1~2%，對甲基苯磺酸含量為1~5%。本發明製備工藝簡單，製得的複合材料可在0~40℃的溫度範圍內進行3D列印，不會堵塞3D印表機噴頭，避免了常規聚乳酸耗材3D列印需在高溫條件下將高分子聚合物熔融的缺點。
【專利說明】3D列印用聚乳酸複合材料及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於複合材料【技術領域】，涉及一種3D列印用聚乳酸複合材料及其製備方法。
【背景技術】
[0002]現階段制約3D列印技術發展因素主要有兩個:列印材料和設備。與設備的研發相t匕，材料的研發難度更大。3D列印技術本身並不複雜，但可用的耗材卻是個難點。普通印表機的耗材就是墨水和紙張，但3D印表機的耗材卻主要是膠水、高分子材料，而且必須經過特殊處理,對材料的固化反應速度等也要求很高。不同的3D列印技術對成型材料有不同的要求，但是均要有利於快速精確的成型，成型材料決定了快速成型技術的成敗，因此需要花大量心思進行研究開發，以求各方面達到性能所需。3D列印材料種類繁多，有各種分類方式，可按物理狀態、化學性能、材料成型方法等角度分類。根據成型過程中使用的材料可將三維快速成型列印技術分為三種:粘接材料、熔融材料和光固化三維快速成型列印材料。
[0003]聚乳酸(H-[0CHCH3C0]n-OH)的熱穩定性好，加工溫度170~230°C，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。由聚乳酸製成的產品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好，聚乳酸(PLA)還具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分廣泛，可用作包裝材料、纖維和非織造物等，主要用於服裝(內衣、外衣)、產業(建築、農業、林業、造紙)和醫療衛生等領域。
[0004]陳慶等發明了一種用於3D列印的聚乳酸材料的製備方法(CN103665802A )，具體講是用無機納米材料增韌改性，該方法是先利用超聲波處理技術將納米無機增韌劑用偶聯劑進行表面有機化改性，再將經過改性處理的納米無機增韌劑與聚乳酸、增塑劑、分散劑進行研磨、分散、混合，最後經過擠出造粒、拉絲工藝技術，製得適用於3D列印技術的增韌改性聚乳酸材料，克服了現有3D列印聚乳酸材料的韌性差和加工性能差的缺陷，操作簡單，易於工業化生產。
[0005]3D列印技術目前無法大規模推廣和應用，主要限制於3D列印材料。目前用於3D列印的材料種類還比較少，無法滿足工業應用的要求。另外，常規3D列印技術是熔融堆積成型技術，這就需要維持較高的列印溫度，通常大於200°C，這對3D印表機提出了較高的配置要求。如果能在較低溫度下實現3D列印，將能擴展3D列印的應用領域。
【發明內容】
[0006]本發明屬於複合材料【技術領域】，涉及一種3D列印用聚乳酸複合材料及其製備方法。該聚乳酸複合材料的製備方法的特徵為將N-乙烯基吡咯烷酮溶於2-丁酮中，加入過氧化苯甲醯，室溫放置，再依次加入對甲基苯磺酸、α-氰基丙烯酸乙酯，室溫攪拌，然後加入聚乳酸顆粒，加熱攪拌，冷卻至室溫，得3D列印用聚乳酸複合材料。
[0007]本發明提出的3D列印用聚乳酸複合材料，其特徵在於:
①由下列重量比的原料組成:聚乳酸40~50%，
α -氰基丙烯酸乙酯10~20%，
N-乙烯基吡咯烷酮10~20%，
2- 丁酮20~30%，
過氧化苯甲醯廣2%，
對甲基苯磺酸1飛％。
[0008]②製備步驟如下:
1)將重均分子量為10萬~100萬的聚乳酸塑料粉碎成40-100目的顆粒；
2)按重量配比稱取原料；
3)在氮氣氛圍下，將N-乙烯基吡咯烷酮溶於2-丁酮中，加入過氧化苯甲醯，室溫放置60-90分鐘，再依次加入對甲基苯磺酸、α -氰基丙烯酸乙酯，室溫攪拌60-90分鐘，然後加入聚乳酸顆粒，加熱至6(T80°C，攪拌120-180分鐘，冷卻至室溫，得3D列印用聚乳酸複合材料。
[0009]將該材料在(T40°C進行3D列印，測試成型後材料的密度、拉伸強度、彎曲模量及收縮率。
[0010]本發明的優點是:(I)利用聚乳酸溶於2- 丁酮的特點，將聚乳酸與α -氰基丙烯酸乙酯、N-乙烯基吡咯烷酮等複合，添加過氧化苯甲醯、對甲基苯磺酸等輔助劑，配置成具有一定粘度的複合材料，在(T40°C的溫度範圍內進行3D列印，成型後2- 丁酮揮發，過氧化苯甲醯引發固化，得3D列印產品。(2)本發明製備的3D列印材料是一種均相混合物，列印過程不會堵塞3D印表機噴頭，適用於現有的多數3D印表機。(3)製備工藝簡單，可使用再生的聚乳酸作為原材料，生產成本低，便於推廣和應用。本發明製備的複合材料可用於可降解型精密模具的製造，市場前景廣闊。
【具體實施方式】
[0011]下面通過實施例進一步描述本發明實施例1
將50g重均分子量為10萬~40萬的聚乳酸粉碎成40-100目的顆粒；在氮氣氛圍下，將1g N-乙烯基吡咯烷酮溶於28g 2-丁酮中，加入Ig過氧化苯甲醯，室溫放置60分鐘，再依次加入Ig對甲基苯磺酸、1g α -氰基丙烯酸乙酯，室溫攪拌90分鐘，然後加入50g聚乳酸顆粒，加熱至60°C，攪拌120分鐘，冷卻至室溫，得3D列印用聚乳酸複合材料。
[0012]將該材料在40°C進行3D列印，成型後材料的密度為1.21g/cm3，拉伸強度為79MPa,彎曲模量為2290MPa，收縮率為0.82%。
[0013]實施例2
將40g重均分子量為40萬~100萬的聚乳酸粉碎成40-100目的顆粒；在氮氣氛圍下，將20g N-乙烯基吡咯烷酮溶於23g 2-丁酮中，加入2g過氧化苯甲醯，室溫放置90分鐘，再依次加入5g對甲基苯磺酸、1g α -氰基丙烯酸乙酯，室溫攪拌60分鐘，然後加入40g聚乳酸顆粒，加熱至80°C，攪拌180分鐘，冷卻至室溫，得3D列印用聚乳酸複合材料。
[0014]將該材料在(TC進行3D列印，成型後材料的密度為1.28g/cm3,拉伸強度為88MPa，彎曲模量為2590MPa，收縮率為0.69%。
[0015]實施例3
將40g重均分子量為40萬~80萬的聚乳酸粉碎成40-100目的顆粒；在氮氣氛圍下，將1g N-乙烯基吡咯烷酮溶於30g 2-丁酮中，加入2g過氧化苯甲醯，室溫放置80分鐘，再依次加入3g對甲基苯磺酸、15g α -氰基丙烯酸乙酯，室溫攪拌80分鐘，然後加入40g聚乳酸顆粒，加熱至70°C，攪拌150分鐘，冷卻至室溫，得3D列印用聚乳酸複合材料。
[0016]將該材料在20°C進行3D列印，成型後材料的密度為1.25g/cm3，拉伸強度為9 IMPa,彎曲模量為2550MPa，收縮率為0.99%。
[0017]實施例4
將45g重均分子量為20萬~40萬的聚乳酸粉碎成40-100目的顆粒；在氮氣氛圍下，將13g N-乙烯基吡咯烷酮溶於20g 2-丁酮中，加入Ig過氧化苯甲醯，室溫放置60分鐘，再依次加入Ig對甲基苯磺酸、20g α-氰基丙烯酸乙酯，室溫攪拌70分鐘，然後加入45g聚乳酸顆粒，加熱至75°C，攪拌160分鐘，冷卻至室溫，得3D列印用聚乳酸複合材料。
[0018]將該材料在10°C進行3D列印，成型後材料的密度為1.18g/cm3，拉伸強度為76MPa,彎曲模量為2370MPa，收縮率為1.39%。
[0019]實施例5
將45g重均分子量為60萬~80萬的聚乳酸粉碎成40-100目的顆粒；在氮氣氛圍下，將15g N-乙烯基吡咯烷酮溶於25g 2-丁酮中，加入Ig過氧化苯甲醯，室溫放置60分鐘，再依次加入3g對甲基苯磺酸、12g α -氰基丙烯酸乙酯,室溫攪拌60分鐘,然後加入45g聚乳酸顆粒，加熱至65°C，攪拌180分鐘，冷卻至室溫，得3D列印用聚乳酸複合材料。
[0020] 將該材料在25°C進行3D列印，成型後材料的密度為1.21g/cm3，拉伸強度為86MPa,彎曲模量為2690MPa，收縮率為0.79%。
【權利要求】
1.一種3D列印用聚乳酸複合材料，其特徵在於:由下列重量比的原料組成: 聚乳酸40~50%， α -氰基丙烯酸乙酯10~20%， N-乙烯基吡咯烷酮10~20%， 2- 丁酮20~30%， 過氧化苯甲醯廣2%， 對甲基苯磺酸1飛％。
2.一種如權利要求1所述的3D列印用聚乳酸複合材料的製備方法，其特徵在於:其步驟如下: 1)將重均分子量為10萬~100萬的聚乳酸塑料粉碎成40-100目的顆粒； 2)按重量配比稱取原料； 3)在氮氣氛圍下，將N-乙烯基吡咯烷酮溶於2-丁酮中，加入過氧化苯甲醯，室溫放置60-90分鐘，再依次加入對甲基苯磺酸、α -氰基丙烯酸乙酯，室溫攪拌60-90分鐘，然後加入聚乳酸顆粒，加熱至6(T80°C，攪拌120-180分鐘，冷卻至室溫，得3D列印用聚乳酸複合材料。
【文檔編號】C08F220/34GK104177750SQ201410427133
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2014年8月26日
【發明者】藍碧健 申請人:太倉碧奇新材料研發有限公司