一種木質3d打印粉末的制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及木質材料改性領域，具體是一種木質3D打印粉末的制備方法。
【背景技術】
[0002]國內背景:我國工信部、發改委和財政部亦于2015年2月28日發布了《關于印發〈國家增材制造產業發展推進計劃(2015-2016年)> 的通知》，表現出我國對該技術的重視。國際背景:3D打印技術近兩年來風靡全球，是挑戰極限的新興技術，并號稱引起第三次工業革命O
[0003]東北林業大學郭艷玲課題組(張慧，郭艷玲et al.2014)在木塑復合材料快速原型制造方面研究卓有成效。西安科技大學楊來俠團隊(孫國光2008，楊來俠，池雄飛etal.2009)結合色彩空間的連續過渡理論，這對本申請專利中的“半彩打印”提供了理論計算依據。國內與木質3D打印耗材相關的專利申請可查詢到2項，主要是木質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]目前大多數商業3D打印機系統是封閉的，3D打印耗材成為3D打印技術競爭的人為瓶頸(Dudek 2013)。總體可以看出，耗材研發意義大于設備，已成為各國3D打印競爭的核心技術，耗材決定了成型方式、應用范圍，決定了 3D打印的水平。
[0005]國際范圍內3D打印競爭的核心為耗材的研發，耗材成為3D打印技術發展的瓶頸。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、形狀易團聚、流動性差。研磨過后，原級、聚集體、凝聚體和絮凝顆粒型四大類型的顆粒均存在，造成明顯團聚現象，在3D打印過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、流動性好;但存在缺點:潤濕性變差、施膠飽和度降低、密度降低、顏色變深。毛白楊木材經過高溫熱處理后，親水官能團吸光度下降(高偉，李鎮et al.2014)。馬尾松木材隨著熱處理溫度的升高和處理時間的延長，木材紅外吸收光譜中羥基吸收峰的強度明顯降低(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。這說明高溫熱處理后，木粉的潤濕性能下降，這對鋪層粉，無色膠水和帶有顏色的膠水實現層間粘結是非常不利的。唐榮強等(唐榮強，鮑濱福et al.2011)研究結果表明，杉木經熱處理后顏色加深。
[0008]可以看出，高溫熱處理的負面影響是不容忽視的。
[0009]目前國內外研究存在的問題:
[0010]首先是未針對木粉作為3D打印耗材系統研究，木塑復合材料作為耗材時會涉及木粉，但含量較低；
[0011 ]其次是少有文獻針對3D彩色打印粉末進行研究；
[0012]然后是3D打印粉末改性復雜，同時使多種化學試劑，對不同性質進行改性。
【發明內容】
[0013]本發明所要解決的技術問題是提供一種木質3D打印粉末的制備方法，通過將原始木粉顆粒經改性后可用于3D打印技術。
[0014]本發明以如下技術方案解決上述技術問題:
[0015]本發明一種木質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；
[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]優選地，步驟(I)的熱處理溫度為175°C?195°C:
[0021 ] 優選地，疏水型二氧化硅的比表面積在80m2/g?600m2/g。
[0022]本發明對原始木粉顆粒的理解是指木材經粉碎后的顆粒，包括不同的形態、不同尺寸，并且木粉原材料包括木材的木質部、韌皮部、樹皮的一種或多種。
[0023]本發明的有益效果是:
[0024]1.將木粉經高溫熱處理和親水型氣相疏水型二氧化硅包埋，木質成份在50%以上，最高可達99.9%，具有高度的環境友好性，可以較好的適應3D打印堆積成型的需求，拓寬了 3D打印耗材的范疇，賦予了木質材料新的應用領域；
[0025]2.木粉經蒸汽高溫熱處理后包埋二氧化硅，可以使潤濕性變優、提高施膠飽和度，增加密度、顏色變淺，彌補了熱處理的缺陷，同時又提高了木粉流動性；
[0026]3.將木粉顆粒進行二氧化硅包埋改性是對表面分散性能、顏色、密度改良的重要過程，以改良木粉3D打印的適用性。
[0027]4.改性工藝簡單，易于質量控制和產品推廣。
【具體實施方式】
[0028]以下結合具體實施例對本發明方法進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0029]實施例1:
[0030]使用植物粉碎機將木材粉碎，研磨后使用篩網將顆粒分選顆粒直徑約20μπι，在高溫水蒸氣的保護下，于180°C熱處理2h，取其中100g，使用微粒發生器，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，能夠實現3D打印。
[0032]實施例2:
[0033]使用植物粉碎機將竹材粉碎，研磨后使用篩網將顆粒分選顆粒直徑約80μπι;在高溫水蒸氣的保護下，于195°C熱處理3h，取其中100g，使用微粒發生器，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，能夠實現3D打印。
[0035]實施例3:
[0036]使用植物粉碎機將藤材粉碎，研磨后使用篩網將顆粒分選顆粒直徑約160μπι;在高溫水蒸氣的保護下，于210°C熱處理2h，取其中100g，使用微粒發生器，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，能夠實現3D打印。
[0038]實施例4:
[0039]使用植物粉碎機將水稻秸桿粉碎，研磨后使用篩網將顆粒分選顆粒直徑約240μπι;在高溫水蒸氣的保護下，于225°C熱處理3h，取其中100g，使用微粒發生器，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，能夠實現3D打印。
[0041 ] 實施例5:
[0042]使用植物粉碎機將木材粉碎，研磨后使用篩網將顆粒分選顆粒直徑約320μπι;在高溫水蒸氣的保護下，于235°C熱處理lh，取其中100g，使用微粒發生器，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，能夠實現3D打印。
[0044]實施例6:
[0045]使用植物粉碎機將木材粉碎，研磨后使用篩網將顆粒分選顆粒直徑約400μπι;在高溫水蒸氣的保護下，于165°C熱處理5h，取其中100g，使用微粒發生器，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，能夠實現3D打印。
[0047]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種木質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； (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.根據權利要求1所述木質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】本發明公開了一種木質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；(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。本發明將原始木粉顆粒經過高溫熱處理改性、疏水型二氧化硅包埋改性，可以較好的適應3D打印堆積成型的需求。使用木質粉末打印成型的3D產品木質部分含量高，發揮了木材環境友好性特征；拓寬了3D打印耗材的范疇，賦予了木質材料新的應用領域；同時，改性工藝簡單，易于質量控制和產品推廣。
【IPC分類】C08L97/02, C08J3/12, C08J3/20, C08K3/36, B33Y70/00
【公開號】CN105623290
【申請號】CN201511027664
【發明人】高偉, 覃卓凱, 張嘉盛, 楊玉田, 羅建舉, 何拓
【申請人】廣西大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月31日