具有木質屬性的改性聚乳酸復合3d打印材料及制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高分子復合材料領域，特別設及一種具有木質屬性的改性聚乳酸復合 3D打印材料及制備方法與應用。
【背景技術】
[0002] 3D打印行業的發展越來越迅速，隨著3D打印機的普及，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，已經出現了 W金屬、陶瓷、食物甚至人體細胞為 基材的3D打印材料(余冬梅，2014)。最近，德國發明者Kai hdhy發明了一種名為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，擁有與聚乳酸相當的 耐久性，可W在175°C和250°C之間進行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品進行處理，可釘、可鉆、可創、可雕、可粘還可W用木 材油漆上色。目前看起來，3D打印的木塑產品無論是在質量還是成本上跟天然的木質產品 都無法比擬，但它有它自己獨特的美學價值。
[000引然而，由于LAYW00-D3產品中木粉受熱迅速膨脹，其穩定性難W控制，對打印機的 打印能力要求很高，只適合用于特定公司的3D打印機，對于打印能力稍差的機器的適應性 不好，尤其是中國國內數量龐大但沒有統一標準的眾多3D打印機，很容易會出現打印絲斷 裂或堵噴頭的情況。因此一種能夠適應國內眾多打印機、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3的T印耗材會有很大的市場 價值。本發明專利就是W可降解的聚乳酸(PLA)為基材，通過添加不同種類的木粉(木質纖 維），木粉經化學表面改性處理方法W及注塑成型方法制備相應的木質纖維改性聚乳酸塑 料產品，獲得具有木質特征的聚乳酸復合材料，且可適用于國內大部分3D打印機型。和專利 申請CN201410015744及CN201410587283相比，本發明專利對不同種類的木粉都有較好的適 應性，并且對其木粉容易膨脹堵頭的問題進行了較大改善。
[0004] 利用3D打印技術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 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菌，富集污染物質等，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品有較大的環保提升。
【發明內容】
[0005] 本發明的首要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種具有木質屬性的改 性聚乳酸復合3D打印材料。
[0006] 本發明的另一目的在于提供所述具有木質屬性的改性聚乳酸復合3D打印材料的 制備方法。
[0007] 本發明的再一目的在于提供所述具有木質屬性的改性聚乳酸復合3D打印材料的 應用。
[0008] 本發明的目的通過下述技術方案實現:一種具有木質屬性的改性聚乳酸復合3D打 印材料，包含如下按質量份計的組分:聚乳酸原料70~90份、木質粉末顆粒7.5~20.5份、1 ~3份硅烷偶聯劑、熱塑性彈性體1~5份、納米抗菌劑0.5~1.5份。
[0009] 所述的木質粉末顆粒為經過堿處理的木質粉末顆粒。
[0010] 所述的堿處理的步驟如下:將木質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] 所述的木質粉末顆粒和所述的堿溶液優選為按質量比1:15配比。
[0014] 所述的浸泡的時間優選為20~30h;更優選為2地。
[0015] 所述的水為蒸饋水。
[0016] 所述的干燥的溫度優選為100~105°C。
[0017] 所述聚乳酸優選為分子量為1萬~8萬的PLA;更優選為分子量為7萬的PLA。
[0018] 所述的木質粉末顆粒為天然檀香木粉、紅木木粉、環保天然雜木纖維粉和天然按 樹粉中的一種或至少兩種。
[0019] 所述的木質粉末顆粒的粒徑優選為200~1000目，更優選為300~400目。
[0020] 所述的硅烷偶聯劑為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] 所述的木質屬性的改性聚乳酸復合3的T印材料的制備方法，包括如下步驟：
[0024] (1)用堿溶液對木質粉末顆粒進行堿處理；
[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中，單螺桿塑料擠出 機的溫度設置為:機頭一區180-190°C、機筒一區190-200°C、機筒二區200-210°C、機筒Ξ區 200-210°C;從單螺桿塑料擠出機出來的烙融物進行冷卻定型，得到成型絲狀塑料；
[0027] (4)將成型絲狀塑料干燥、牽引、繞線，得到具有木質屬性的改性聚乳酸復合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 ]所述的木質粉末顆粒和所述的堿溶液優選為按質量比1:15配比。
[0032] 所述的浸泡的時間優選為20~30h;更優選為2地。
[0033] 所述的水為蒸饋水。
[0034] 所述的干燥的溫度優選為100~105°C。
[0035] 步驟(2)中所述的干燥的條件優選為100~105°C干燥2~地。
[0036] 步驟(2)中所述的混勻優選為通過混料機混勻。
[0037] 步驟(2)中所述的混勻的條件優選為10化pm混合10~15min。
[0038] 步驟(3)中所述的單螺桿塑料擠出機的溫度優選設置為:機頭一區190°C、機筒一 區200°C、機筒二區204~207°C、機筒Ξ區200~202°C。
[0039] 步驟（3)中所述的單螺桿塑料擠出機的主機轉速優選為75~18化pm;更優選為 ISOrpm。
[0040] 步驟(3)中所述的冷卻定型優選為使用冷卻定型臺W自來水進行冷卻定型。
[0041] 步驟(4)中所述的干燥優選為通過風干機吹干進行干燥。
[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過雙向激光測徑 儀送入牽引機進行牽引。
[0043] 步驟(4)中所述的繞線為通過力矩電機進行繞線。
[0044] 本發明制備的具有木質屬性的改性聚乳酸復合3D打印材料，單絲的平均直徑約為 1.75mm~3mm;優選為1.75mm或3mm，直徑誤差在± 5 % W內。
[0045] 所述的具有木質屬性的改性聚乳酸復合3的T印材料用于通過打印制備家具。
[0046] 本發明相對于現有技術具有如下的優點及效果：
[0047] (1)與現有專利申請CN201410015744及CN201410587283相比，本發明提供的具有 木質屬性的改性聚乳酸復合3D打印材料在保持良好的初性和力學性質外，還顯示出木頭的 質感、成色和味道，同時改善了木粉原本容易膨脹堵頭的現象，并且擴寬了木粉可選的種 類，因此可W用于打印一些仿木質家具產品。
[0048] (2)本發明中使用的堿處理步驟可W使制得的復合材料木粉顏色加深，且木粉表 面的雜質被去除，使得材料強度略有提高，W及之后的硅烷偶聯劑的使用，可W使木粉變為 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、細甸梨花紅木、印度尼西亞酸枝，東非酸 枝、環保天然雜木纖維粉、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] 下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。 [0化2]實施例1
[0053] (1)配方用量（質量份）：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投入干燥機中100°C烘烤3小時，使水分完全蒸發；
[0056] ②再將天然檀香木粉放入濃度為質量百分比10%的氨氧化鋼溶液中進行堿處理： 將木粉置于氨氧化鋼溶液（10 % )中浸泡，質量比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中，混料機設置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中，單螺桿塑料擠出機的溫度設置為:機頭一區190°C、機 筒一區200°C、機筒二區204°C、機筒Ξ區2〇rC;主機轉速設置為18化pm);從單螺桿塑料擠 出機出來的烙融物進入冷卻定型臺W自來水冷卻;從冷卻定型臺出來后的成型絲狀塑料進 入風干機把水吹干;從風干機出來后經過雙向激光測徑儀然后送入牽引機;最后塑料絲進 入力矩電機繞線即得成品。
[0化引實施例2
[0059] (1)配方用量(質量份）：聚乳酸?1^\(分子量7萬）90份、環保天然雜木纖維粉7.5份 (約400目）、硅烷偶聯劑(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投入干燥機中100°C烘烤3小時，使水分完全蒸發；
[0062] ②再將環保天然雜木纖維粉放入濃度為質量百分比10%的氨氧化鋼溶液中進行 堿處理:將木粉置于氨氧化鋼溶液（10%)中浸泡，質量比1:15,常溫下攬拌24小時，靜置倒 去上層