[發明專利]一種可3D打印的木塑復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011514562.X
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112778624A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 譚銘康;徐寧
• 申請（專利權）人: 開平雅琪塑膠機械模具廠
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08L23/06;C08L1/04;C08L23/16;C08L71/02;C08K3/26;C08K3/34;B33Y70/10
• 代理公司: 北京權智天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11638
• 代理人: 王新愛

本發明公開了一種可3D打印的木塑復合材料及其制備方法，該材料包含：聚烯烴樹脂混合物40?60份；II型微納米晶纖維素5?10份；增強無機粉體5?20份；偶聯劑1?2份；抗氧劑0.2?0.5份；分散助劑1?5份；該產品優點在于：(1)在聚烯烴樹脂中添加剛性棒狀微納米晶纖維素能夠提高木塑復合材料的熱穩定性以及力學性能；(2)對微納米晶纖維素表面進行偶聯處理，可提高其與基體樹脂的界面相容性；(3)分散助劑聚乙二醇的加入可以有效阻止微納米晶纖維素纖維發生團聚現象。

技術領域

本發明涉及一種可3D打印的木塑復合材料及其制備方法。

背景技術

天然植物中的纖維素是地球上最為豐富的天然高分子材料，作為 自然界中的可再生資源，取之不盡，用之不竭，其優異的化學物理性 能可替代部分石油化工產品，從而緩解對化石燃料的嚴重依賴。微晶 纖維素從天然植物纖維經深加工而成，具有價格低廉、較高的剛度和 強度、密度低于無機增強纖維等優異性能。微晶纖維素可以誘導聚丙 烯結晶在纖維表面生長成串晶結構，在一定程度內也增強了聚丙烯高 分子復合材料，同時提高了天然生物資源的使用效率，符合國家環保 政策發展方向。

大自然中的天然纖維素以I型結構存在，包含植物纖維素和細菌 纖維素。通過對天然的I型纖維素進行不同的化學方法處理，可以使 其轉化為其他4種結晶變體。I型纖維素是由兩條同向平行的分子鏈 堆砌而成，而II型纖維素由兩條反向平行分子鏈間相互聯結而成。 由于II型纖維素可同時形成分子內及分子間氫鍵作用力，故其晶型 結構在熱力學上最為穩定。

纖維素表面含有大量羥基，微納米尺度下處理極易產生團聚，嚴 重影響了其在混合物中的分散程度。聚乙二醇(PEG)分子鏈中醚氧 鍵可與微納米晶纖維素分子鏈上的羥基形成氫鍵，采用PEG作為微納 米晶纖維素水分散液中游離水和結合水的原位阻隔劑，從而把游離水 和結合水置換，可有效防止微納米晶纖維素在加工過程中發生團聚。

中國申請專利201910233020.6以生物質材料或纖維素為原料,通 過膨潤～磷酸溶解～球磨法高效制備微納纖維素，將其添加到木塑復 合材料中改善其綜合應用性能。其中部分植物纖維與微納纖維素的預 混合：得到的微納纖維素水懸浮液超聲處理后，倒入干燥后的部分植 物纖維中，攪拌均勻，將混合物于105±2℃下干燥，得到植物纖維 與微納纖維素的固體預混物。其優點在于將不同尺寸級數的纖維素纖 維混合，可同時為復合材料提供良好的韌性和強度，但因其表面存在 大量極性基團，預混物干燥后，充填過程中仍將得不到良好分散。

傳統3D打印耗材無法同時滿足良好的打印效果和較高的強度。 II型微納米晶纖維素的摻雜，提高打印產品力學強度，同時具有木 質觸感，提高了用戶體驗感。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可3D打印的木塑復合材料及其制備 方法。

本發明所述一種可3D打印的木塑復合材料，其組分按重量份數 計，包含：聚烯烴樹脂混合物40-60份；II型微納米晶纖維素5-10 份；增強無機粉體5-20份；偶聯劑1-2份；抗氧劑0.2-0.5份；分 散助劑1-5份；所述II型微納米晶纖維素是以天然生物質纖維素(I 型)為原料，在2℃的低溫情況下，以10-25wt％濃度的NaOH液浸泡 6-12h天然生物質纖維素(I型),然后經清洗數次至中性、過濾而得 到。

上述組成物中的聚烯烴樹脂混合物優選自：聚丙烯(PP)、聚乙 烯(PE)樹脂、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、 中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、均聚聚丙烯(HPP) 和乙烯-丙烯共聚物(EPM)中的單種或多種的共混物。

上述II型微納米晶纖維素的原料來源于蔗渣、稻草、秸稈和黃 麻等草本植物。將原料在2℃條件下浸泡在18wt％的NaOH水溶液9h， 清洗數次至中性、過濾而得到。II型微納米晶纖維素粒徑分布為 50nm-50μm，長徑比為5-50。