[發(fā)明專利]一種可用于3D打印的聚丙烯納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410181328.8
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103980608A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董金勇;王寧;牛慧;秦亞偉;李春成;符文鑫;林學(xué)春;馬永梅;孫文華;趙寧
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08K3/22;C08K3/24;C08K3/36;C08K7/00;C08K3/04;C08K7/06;C08K3/34;C08F110/06;C08F4/645
• 代理公司: 北京慶峰財智知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11417
• 代理人: 劉元霞;謝蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可用于3D打印的聚丙烯納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，具體涉及一種在聚合釜內(nèi)原位聚合制備的可用于3D打印的聚丙烯納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

聚丙烯作為一大類重要的高分子材料，以其價格低廉、低密度、均衡穩(wěn)定的性能等優(yōu)點，已發(fā)展成為當今世界上占最大份額的合成材料之一。近年來，為了進一步改善聚丙烯的原有性能，滿足不同或更高端應(yīng)用領(lǐng)域的要求，聚丙烯的高性能化成為聚丙烯發(fā)展的重要方向，而通過無機納米材料與聚丙烯復(fù)合是實現(xiàn)聚丙烯高性能化的重要途徑(Alexandre?M,Dubois?P，Materials?Science?and?Engineering,R:Reports2000,28:1-63)。

然而，納米材料的加入通常會導(dǎo)致聚丙烯粘度增大，使整個聚丙烯復(fù)合材料的加工性變差。特別是對用做抗沖擊材料的高熔體粘度的高分子量聚丙烯，根據(jù)功能化和高性能化的需求，往往還需要加入大量納米材料，這將進一步增加體系的粘度，導(dǎo)致體系的難熔融；而且這種高粘體系難以通過機械剪切實現(xiàn)納米材料的剝落分散。原位聚合是制備聚丙烯納米復(fù)合材料的最佳途徑。通過將丙烯聚合催化劑負載于納米粒子表面，利用單體聚合過程中釋放的能量及不斷增長的聚丙烯鏈的物理作用使納米粒子均勻分散于聚丙烯基體中。與其他方法相比，由于復(fù)合材料通過釜內(nèi)聚合直接制成，避免多次加工帶來的降解問題。另外，通過對催化劑形貌和聚合條件的控制，可以制備一系列聚合物尺寸可調(diào)，結(jié)構(gòu)和組成可調(diào)的復(fù)合材料，從而滿足高納米材料含量、高基體分子量的功能性和結(jié)構(gòu)性復(fù)合材料的制備要求(Wang?N,Qin?Y?W,Huang?Y?J,Niu?H,Dong?JY,Wang?Y?X,Applied?Catalysis?A:General,2012,435:107-114)。盡管如此，高熔體粘度給復(fù)合材料的注塑成型造成了困難，如何將具有高的熔體粘度、性能優(yōu)異的聚丙烯納米復(fù)合材料成型為制品，是目前聚丙烯納米復(fù)合材料在應(yīng)用中遇到的難題。

3D打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù)，是依據(jù)三維CAD設(shè)計數(shù)據(jù)，將材料(如粉末的金屬或聚合物)逐層累加起來制造物體的技術(shù)；也可以具體理解為采用打印頭、噴嘴或其他打印技術(shù)沉積材料來制造物體的技術(shù)。具體包括熔融沉積成型(FDM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)等技術(shù)在內(nèi)的多種3D打印技術(shù)大大拓展了材料成型的方法，特別是對無法通過熔融加工成型的材料，3D打印成型是一種很好的解決方案。例如，目前市場上通過FDM技術(shù)成型的線性聚合物材料丙烯腈/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)等，都是將這些熱塑性聚合物在熔融狀態(tài)下由3D打印機的噴頭處擠壓出，凝固形成輪廓形狀的薄層，再一層層疊加最終形成產(chǎn)品。中國專利公開號CN201310450893.5公開了適用于3D打印的改性聚乳酸材料，其中分別加入納米粒子作為成核劑和補強劑，該方法運用了共混、接枝、交聯(lián)改性，再經(jīng)過造粒、拉絲的工藝技術(shù)。但是對于聚丙烯材料，一方面多次加工會導(dǎo)致聚丙烯降解；另一方面，高熔體粘度的聚丙烯很難通過紡絲制備微米級的纖維，以滿足3D打印的原料使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可用于3D打印的聚丙烯納米復(fù)合材料。

本發(fā)明的第二個目的在于提供一種含有上述可用于3D打印的聚丙烯納米復(fù)合材料的組合物。

本發(fā)明的第三個目的在于提供一種可用于3D打印的復(fù)合材料，所述復(fù)合材料通過將上述的可用于3D打印的聚丙烯納米復(fù)合材料加入含有熱穩(wěn)定劑的溶劑中超聲分散，再蒸干溶劑而制得。

本發(fā)明的第四個目的在于提供一種用于制備上述的可用于3D打印的聚丙烯納米復(fù)合材料的催化劑。

本發(fā)明的第五個目的在于提供一種制備上述的可用于3D打印的聚丙烯納米復(fù)合材料的方法。

本發(fā)明的第六個目的在于提供一種上述的可用于3D打印的聚丙烯納米復(fù)合材料及其組合物、復(fù)合材料的應(yīng)用。

本發(fā)明的第七個目的在于提供一種制品，其由上述的可用于3D打印的聚丙烯納米復(fù)合材料、其組合物或其復(fù)合材料通過3D打印制得。

本發(fā)明的第八個目的在于提供一種上述制品的制備方法。

本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案：

一種可用于3D打印的聚丙烯納米復(fù)合材料，其具有如下特征：

1)通過聚合反應(yīng)直接獲得，復(fù)合材料呈顆粒狀，顆粒直徑為50～1000μm；

2)復(fù)合材料中聚丙烯重量百分含量為30.0～99.9％，納米粒子重量百分含量為0.1～70.0％；