[發明專利]一種適用于3D打印的改性聚乳酸復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201410482568.1
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104177798A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 鄢國強;張云波;喬雯鈺;張鑫鑫;顧哲明
• 申請（專利權）人: 上海材料研究所
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L97/02;C08L67/02;C08L71/08;C08K13/02;C08K5/20;C08K5/14;C08K5/1539;C08K3/34;B29B7/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

技術領域

本發明屬于高分子材料領域，適用于3D打印的材料，尤其是涉及一種適用于3D打印的改性聚乳酸復合材料及其制備方法。

背景技術

3D打印技術，即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用金屬或塑料等可粘合材料，通過切片，逐層打印的方式來構造物體的技術。已在模具設計，工業機械零件制造，汽車，航空，醫學醫藥等領域得到廣泛發展。3D打印技術主要包括立體光固化，激光燒結法，熔融層積法等，其中熔融層積式打印技術(FDM)是極為重要的一種，其應用范圍也極為廣泛。

熔融沉積式打印技術(FDM)的主要原理是在略高于打印材料的熔點溫度下通過對熱塑性材料加熱使其熔融從噴嘴擠出，通過電腦控制，一層層堆積成成品。目前熔融層積式打印技術(FDM)用到的打印材料主要為ABS，尼龍，聚乳酸(PLA)等。

聚乳酸是一種熱塑性脂肪族聚酯，同時是一種以可再生植物資源為原料經過化學合成制備的可生物降解材料，PLA和許多普通高分子一樣能進行各種成型加工，如擠絲、吹膜、注塑等進而制成各類產品。PLA是以生物質資源為原料的生物基高分子，與石油基高分子不同，PLA完全擺脫了對石油資源的依賴，生產過程，以及最后成品的降解過程對環境造成的負荷小，是一種新型環保性材料。因此具有良好的發展前景。聚乳酸具有很好的剛性，透明性和可降解性，但是柔韌性和耐熱性差，斷裂伸長率小，純聚乳酸是無法用來打印的。必須對聚乳酸進行化學或物理改性以增加它的柔韌性，耐熱性和沖擊強度。

目前有關聚乳酸改性的資料文獻還不是很多，而有關適用于3D打印的聚乳酸改性的資料則是更少。中國專利申請公布號CN?103665802?A公開了一種可用于3D打印的PLA材料改性方法，該方法是用無機納米材料作為增韌劑對PLA進行增韌改性，該方法雖然能增強聚乳酸的韌性，但對于PLA的耐熱性和沖擊強度沒有明顯的提高。中國專利申請公布號CN?103467950?A公開了一種3D打印改性聚乳酸材料及其制備方法，該方法具體是：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；該發明是利用低溫粉碎混合反應技術，對聚乳酸進行改性處理。該發明雖然提高了聚乳酸的韌性，但是由于加入了低分子量的聚合物(5-10份)，降低了聚乳酸的力學強度。而且加入的成核劑在沒有加分散劑的前提下很難在聚乳酸基體中得到很好的分散，分散不均的成核劑不但不能充分發揮成核作用而且還會成為成型制品中的缺陷，會對材料的物性和表面狀態有很大影響。中國專利申請公布號CN?103665802?A公開了一種用于3D打印的聚乳酸材料的制備方法，該發明中主要步驟是：先采用雙螺桿擠出機對預混物混合擠出造粒，再用單螺桿擠出機進行擠出拉絲，得到最終改性聚乳酸材料。但該發明忽略了聚乳酸的一大特性，易降解性。聚乳酸是一種在高溫下極易分解降解的生物材料，使用雙螺桿擠出機混合擠出聚乳酸，雙螺桿與聚乳酸間的強烈擠壓摩擦引發的高熱量極大地加大了聚乳酸降解的概率。對最終產物的性能不可避免的造成了不良影響。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種具有良好的柔韌性，同時沖擊強度、耐熱性和斷裂伸長率均得到了極大提高的適用于3D打印的改性聚乳酸復合材料及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種適用于3D打印的改性聚乳酸復合材料，由以下組分及重量百分比含量的原料制備得到：聚乳酸80-90、增韌劑6-10、成核劑1-2、分散劑1-3、擴鏈劑1-2、相容劑1-3。

所述的聚乳酸熔融指數為5-10g/10min。

所述的增韌劑為聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸/己二酸丁二醇酯、聚己內酯和聚乙二醇中的一種或幾種。

所述的成核劑為木粉、竹粉、粘土、高嶺土或云母中的一種或幾種，平均粒徑小于5μm。

可用分散劑包括所有酰胺類有機化合物，當具有可選擇性時優先使用芥酰胺、油酰胺、亞乙基雙油酰胺或硬脂酰胺中的一種。

可用擴鏈劑包括所有雙環羧酸酐，當具有可選擇性時優先使用鄰苯二甲酸酐、丁二酸酐或均苯四甲酸酐中的一種。

所述的相容劑為有機過氧化物，優選過氧化二異丙苯或2，6-二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己烷。

適用于3D打印的改性聚乳酸復合材料的制備方法，采用以下步驟：