[發明專利]一種用于3D打印的改性超高分子量聚乙烯及其制備方法

有效

• 申請號: 201410183492.2
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103980595A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 杜世振;張文娟;楊文泓;邢其鋒;孫文華;馬永梅;趙寧;董金勇;李春成;符文鑫;林學春
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08K9/04;C08K3/30;C08K3/34;C08K7/28;C08K3/36;C08K7/00;C08K3/04
• 代理公司: 北京慶峰財智知識產權代理事務所(普通合伙) 11417
• 代理人: 劉元霞;謝蓉

技術領域

本發明涉及一種改性超高分子量聚乙烯材料及其制備方法，具體涉及一種用于3D打印的改性超高分子量聚乙烯材料及其制備方法。

背景技術

3D打印技術主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等工藝。其中熔融沉積成型技術(FDM)和選擇性激光燒結(SLS)技術都使用熱塑性塑料作為基本的3D打印材料。

作為一種具有線型結構的分子量極高的熱塑性工程塑料，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的分子結構與普通聚乙烯材料基本相同。但是UHMWPE因分子量高而具有其它塑料無可比擬的優異的耐沖擊、耐磨損、自潤滑性、耐化學腐蝕等性能。而且UHMWPE耐低溫性能優異，在-40℃時仍具有較高的沖擊強度，甚至可在-269℃下使用。UHMWPE優異的物理機械性使得其可廣泛應用于機械、運輸、紡織、造紙、礦業、建筑、軍事、農業、化工及體育運動器械等領域，其中以大型包裝容器和管道的應用最為廣泛。另外，由于UHMWPE優異的生理惰性，其已作為心臟瓣膜、矯形外科零件、人工關節等在臨床醫學中使用。

雖然UHMWPE具有許多優異的特性，但也有許多不足。UHMWPE具有極高的分子量，其分子鏈很長，極長的分子鏈相互纏結會導致其熔體為橡膠狀的高粘度彈性體，流動性很差，并且容易發生剪切斷裂現象。熔體流動速率(MFR)低(幾乎為零)、熔點高(190-210℃)、粘度大、極難加工成型等。另外與其他工程塑料相比，具有表面硬度低、熱變形溫度低、彎曲強度和耐蠕變性較差、抗磨損能力差、強度低等缺點，從而使UHMWPE的成型加工變得非常困難，嚴重妨礙了其應用，使得其作為3D打印材料不甚理想。

CN1433443A涉及一種形成在聚合物基質中嵌入納米纖維的復合體的方法，該方法包括在塑性基質中混入納米纖維以形成團聚體，和通過使團聚體處于流體動力應力下而均勻地分布納米纖維；所述流體動力應力使所述團聚體分裂開，結合進行額外的延伸流動可用來實現小直徑和排列。所得復合體可以用熔凝沉積(FDM)成型，其中將一卷納米纖維增強的聚合物用作FDM工藝的導線原料。在該過程中，納米纖維復合線(直徑約為2毫米)經過毫米尺寸的模頭擠出，產生成排的復合線制成片材和3D部件。該專利中所用的原料為納米纖維增強的聚合物線材。其缺點在于：納米纖維復合線的FDM非常復雜，不易處理。

CN1812878A涉及一種適于3D印刷的粉末，該粉末包括熱塑性顆粒物和粘合劑顆粒物的共混物，其中所述熱塑性顆粒物可選自聚烯烴。該專利的粉末在用于3D印刷時，需要使用溶劑。因此，CN1812878A的3D印刷體系是液體組合物，其缺點在于需要使用在許多情況下對人類和環境有害的溶劑或分散劑，且操作復雜，不易均勻分散或溶解。

CN102093646A涉及一種用于3D打印快速成型的材料及其制備方法，快速成型材料包括改性粉末材料A和粘結劑B，其中：改性粉末材料A的制備：將粉末材料與第一溶劑加入到球磨機或研磨機中研磨，得到粉末材料預處理料；將表面活性劑，潤滑劑，有機樹脂逐次加入到第二溶劑中，攪拌分散2-3h，得到改性液；將粉末材料預處理料與改性液混合，放入研磨機中，常溫混合研磨，干燥，研磨粉碎，得到改性粉末材料A；使用時，1份改性粉末材料A與0.01-0.07份粘結劑B配用。該專利所用的3D成型體系為溶液體系，其缺點在于制備材料過程中需要對材料進行研磨和改性，而且用到超臨界干燥，操作復雜。

US2004/0232583A1涉及一種制造三維物體的方法，其包括：a)提供一個粉狀基材層；b)在所述基材的一個或多個區域上選擇性施加至少一種微波吸收性第一敏感物質；c)用微波輻射處理所述層至少一次。其中泛泛地提及可使用選自聚酯、聚氯乙烯、聚縮醛、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、PMMI、PMMA、離聚物、聚酰胺、共聚酯、共聚酰胺、三元共聚物、ABS或其混合物的聚合物。US2004/0232583A1沒有提及對聚乙烯進行改性，以使其適于3D印刷。

US3,847,888涉及一種超高分子量線性聚乙烯，其分子量為至少1×10⁶，密度為0.92-0.99。其未提及所述超高分子量線性聚乙烯在3D打印材料中的應用。