[發明專利]一種3D打印改性聚乳酸材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310450893.5
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103467950A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 陳慶;李興文;曾軍堂
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L29/04;C08L33/04;C08L67/02;C08K13/02;C08K5/29;C08K5/103;C08K3/34;C08K3/36;C08K3/26;B29B9/06;B29B13/06;B29C47/00
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技術領域

本發明涉及一種3D打印材料及其制備方法，具體涉及一種3D打印改性聚乳酸材料及其制備方法。

背景技術

3D打印技術又稱增材制造技術，實際上是快速成型領域的一種新興技術，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，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。基本原理是疊層制造，逐層增加材料來生成三維實體的技術。目前，3D打印技術主要被應用于產品原型、模具制造以及藝術創作、珠寶制作等領域，替代這些傳統依賴的精細加工工藝。另外，3D打印技術逐漸應用于醫學、生物工程、建筑、服裝、航空等領域，為創新開拓了廣闊的空間。

熔融擠壓堆積成型技術（FDM）是3D打印技術中常用的一種技術工藝，原理是利用熱塑性聚合物材料在熔融狀態下，從噴頭處擠壓出來，凝固形成輪廓形狀的薄層，再一層層疊加最終形成產品。目前市場上熔融擠壓堆積成型技術較常用的聚合物材料是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）、聚乳酸（PLA）、尼龍（PA）和聚碳酸酯（PC），其中聚乳酸是最受人們歡迎的材料，也是最有前途的可生物降解高分子材料之一。

聚乳酸具有的無毒，無刺鼻性氣味，熔融溫度較低，可降解無污染，冷卻收縮率小，透明容易染色等優點都符合3D打印技術對聚合物材料的要求；但聚乳酸的結晶度較小、分子鏈中酯鍵鍵能小，容易斷裂的因素造成聚乳酸的熱變形溫度低、沖擊強度低、韌性不好的缺陷，導致由聚乳酸打印出來的產品應用范圍受到很大的限制，因而，必須通過改性來克服聚乳酸在3D打印材料中的應用的缺陷。

目前針對聚乳酸作為3D打印材料的改性技術文獻資料還很少。傳統的聚乳酸改性大多采用擠出機作為改性的主要設備，一方面存在反應程度不夠，反應效率低、改性劑利用率低的缺點；另一方面也存在在高溫和螺桿的強剪切力作用下，聚乳酸的分子鏈很容易發生斷裂降解，從而，在用雙螺桿擠出機進行聚乳酸改性的同時，也會一定程度的降低聚乳酸的沖擊強度、耐熱性等性能，造成改性效果并不理想，更不適合用作3D打印的材料。

中國專利公開號CN103146164A公開了一種用于快速成型納米材料增韌的聚乳酸材料及其制備方法，該方法是利用雙螺桿擠出機對聚丙烯酸酯微球和聚乳酸進行共混擠出改性，雖然增強了聚乳酸的韌性，但未對聚乳酸的沖擊強度低和熱變形溫度低進行改性提高，而且使用雙螺桿擠出機進行共混改性，對聚乳酸的沖擊強度造成了負面影響。

中國專利公開號CN103087489A公開了一種聚乳酸改性材料及其制備方法，該方法用聚醚型聚酰胺彈性體和蒙脫土作為改性劑，以雙螺桿擠出機做改性設備，增強了聚乳酸的拉伸強度和斷裂伸長率，但聚乳酸的沖擊強度低和熱變形溫度低的缺陷未得到改善，并且雙螺桿擠出機的使用，造成聚乳酸分子的部分降解，聚乳酸的沖擊強度降低。

聚乳酸材料想要能夠在3D打印技術中得到廣泛的應用，聚乳酸的韌性、沖擊強度、熱變形溫度的改性提高應該作為首要的改性目標。單一的性能提升并不能滿足3D打印技術對聚乳酸材料的性能需求，而且改性反應的條件也是影響改性效果和最后性能的重要因素。

發明內容

針對目前3D打印聚乳酸材料存在沖擊強度低、韌性差、耐熱性差的缺陷，本發明提出了一種3D打印改性聚乳酸材料及其制備方法。為實現上述目的，本發明利用低溫行星式球磨機，將交聯劑、擴鏈劑、成核劑等改性劑在相互協同的作用下與聚乳酸進行共混、接枝、交聯改性，再經過造粒、拉絲工藝技術，制得適合3D打印技術的聚乳酸材料。

本發明一種3D打印改性聚乳酸材料，其特征在于其各組分按重量份計為：

聚乳酸???????????????70-85份，

擴鏈劑?????????????????1-5份，

交聯劑?????????????????1-5份，

成核劑???????????????0.5-1份，

低分子量聚合物????????5-10份，

增韌劑????????????????5-10份，

補強劑?????????????????1-5份，

抗氧劑?????????????0.3-0.8份，