[發明專利]一種3D打印用彈性木塑復合材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202011008406.6
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112126215A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 李文生;武鳳影;周春苗;陽綺;李湘洲;賀萍;周小平
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: C08L75/04
• 分類號: C08L75/04;C08L23/08;C08L53/02;C08L71/02;C08L51/06;C08K3/38;C08K3/04;C08K7/00;C08K3/22;C08K5/12;C08K13/04;C08G18/66;C08G18/65;C08G18/64
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙) 43205
• 代理人: 寧星耀

一種3D打印用彈性木塑復合材料及其制備方法與應用，該3D打印用彈性木塑復合材料由木粉、木質素、氫化木質素、秸稈粉或竹粉中的一種，及異氰酸酯、端羥基聚醇低聚物、擴鏈劑、偶聯劑、相容劑、抗氧化劑、潤滑劑、增韌劑、催化劑和微納碳材料制成。本發明還包括所述彈性木塑復合材料的制備方法。本發明彈性木塑復合材料的生產成本低，易降解，具有較好的拉伸強度、沖擊強度和良好的彈性，潤滑性和流動性優異，3D打印線材出絲流暢，打印件表面光滑，層間粘結力強，耐磨性和韌性優良；可以替代難降解的3D打印用TPU線材，拓展3D打印的可選材料范圍；可采用常規設備制造，無需苛刻條件；具有良好的環境效益。

技術領域

本發明涉及一種3D打印材料，尤其是涉及一種由木質類原料改性的TPU基高性能3D打印用彈性木塑復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

聚氨酯，簡稱PU，是主鏈含—NHCOO—重復結構單元的一類聚合物。由異氰酸酯單體與羥基化合物聚合而成。由于含強極性的氨基甲酸酯基，不溶于非極性基團，具有良好的耐油性、韌性、耐磨性、耐老化性和粘合性。熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）由于具有高強度、好的高溫穩定性、耐油和耐化學性、好的低溫彈性、耐紫外線、耐生物性、耐水解性，雖然相比于鋼鐵和大多數硬質塑料，PU沒有很高的硬度，但是在一些需要耐磨性的應用中， PU彈性體卻有比鋼鐵更優秀的表現，尤其是在有液體介質存在時，在濕摩擦過程中，PU彈性體的耐磨性能優于其他塑料與金屬材料。但是，一般來說，TPU難以降解。而且合成TPU的原材料成本較高，因此限制了TPU材料的推廣應用。

木塑復合材料，簡稱WPC，是以工廠廢棄木材、木質素和塑料基材為主要原料，通過高分子界面相容原理復合而成的一種新型環保的可降解可循環利用的材料，可作為一種新的木材替代品。使用WPC能夠對資源進行綜合利用，同時也能保護環境，這對節約木材，保護世界森林資源意義重大。WPC既具有木材的環保和可降解性，也兼具普通聚合物材料的硬度以及較優異的力學性能。同時還具有優異的加工性、強度高、尺寸穩定性好等優勢。是一種值得研究開發的新型綠色環保材料，在物流、建筑模板、地板等領域中有廣泛應用。

目前，WPC的基材主要為PP、PE、PVC、PS、PLA以及ABS等。用于3D打印的以TPU為基材的WPC未見報道。CN 201810730961.6公開了一種用于3D打印的熱塑性聚氨酯彈性體增韌木粉/聚乳酸復合材料線材的共混制備方法，該材料基體是PLA，少量的TPU起到增韌作用，但不是基材，斷裂伸長率僅增加了18%，制得的材料較聚氨酯耐磨性較差。

3D打印，簡稱3D printing，是一種按照電腦輔助設計逐層生產并最終形成完整產品的材料加工方法。它作為近些年迅速發展起來的新型增材制造技術，被稱為第三次工業革命的核心之一。隨著增材制造技術的不斷發展，3D打印已經被廣泛應用于生物、醫學、電子、建筑以及手工制造等行業。相對于傳統制造方法如擠出成型、模壓成型等，3D打印技術不僅能夠快速成型結構復雜而精細的產品，而且還可以根據不同功能、性能需求選擇不同材料進行快速制造。憑借這一優勢，3D打印越來越受到人們的重視，越來越多的3D打印產品已經被應用到人們的生活、學習和工作當中。目前常見的幾種3D打印技術中，FDM技術具有制造簡單， 成本低廉的優勢。FDM打印機的價格便宜，成型工藝簡單，設備維護便捷，成型材料主要為線材。

3D打印材料是3D打印的物質基礎。現有已經投入使用的3D材料品種較為單一，而且現有線材的生產成本高，產品使用性能較差，用戶的材料選擇范圍非常有限。3D打印材料成為了制約3D打印技術發展的瓶頸和挑戰。目前可用于3D打印的彈性木塑復合材料的開發和應用較少，開發新型彈性3D打印木塑復合材料，也是我國生物質資源的高值化利用方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有3D打印材料生產成本高、成型品的性能較差、難降解等缺陷，提供一種生產成本低，易降解，成型品性能優異的3D打印用彈性木塑復合材料。可代替難降解的3D打印材料，具有良好的環境效益和應用價值。